В МТИ создали окна, которые быстро меняют прозрачность (+Видео)

Группа исследователей из Массачусетского технологического института разработала новый электрохимический способ быстро изменять прозрачность стекла. Под воздействием напряжения оно за несколько секунд становится тёмным и перестаёт пропускать свет. И наоборот, потом за несколько секунд можно вернуть исходное состояние. Для поддержания прозрачного или непрозрачного состояния не требуется энергия — только на изменение состояния.

По мнению авторов научной работы, эта технология потенциально может сэкономить электричество в помещениях, если в солнечные дни окна будут становиться непрозрачными, то снизится нагрев помещения и расходы на воздушное кондиционирование.

Учёные отмечают, что в настоящее время существует ряд альтернативных методов изменять прозрачность стекла, но их метод отличается скоростью и низким потреблением энергии.

Ведущий автор научной работы, профессор химии Массачусетского технологического института Мирча Динкэ (Mircea Dincă) объясняет, что в создании стёкол использовались электрохимические материалы, которые меняют цвет и прозрачность под воздействием напряжения. Они кардинально отличаются от фотохромных материалов, используемых в известных очках-хамелеонах, которые темнеют на свету. Фотохромные материалы реагируют гораздо медленнее и обладают невысокой степенью изменения прозрачности. От таких же ограничений страдают существующие электрохромные материалы, у которых весьма ограниченная сфера применения. Например, в самолётах «Боинг-787» иллюминаторы выполнены из электрохромного стекла. Они тоже темнеют при приложении напряжения, но процесс занимает несколько минут. Очевидно, это слишком долго.

Длительность процесса смены состояния электрохромного стекла связана с тем, что требуется заполнение всего материала положительно заряженными ионами, под воздействием которых материал меняет цвет. Ионы двигаются относительно медленно — поэтому процесс идёт относительно долго.

Химики из Массачусетского технологического института преодолели это ограничение за счёт использования металл-органических каркасных структур (metal-organic framework, MOF), которые пропускают и электроны, и ионы на очень высокой скорости. Такие материалы уже несколько десятилетий применяют в промышленности. Например, они словно губка способны накапливать и хранить большое количество водорода. Применяют их как катализаторы и для других целей. Но группа исследователей из МТИ стала первой, кто использовал оптические свойства металл-органических каркасных структур.

Учёным удалось также решить проблему цветного оттенка тёмного стекла. Даже иллюминаторы в «Боинге-787» в тёмном состоянии на самом деле представляют собой тёмный оттенок зелёного цвета. Новые электрохимические стёкла меняют своё состояние от полностью прозрачного до почти полностью чёрного, который состоит из смеси зелёного и красного.

На физическом уровне материал состоит из двух компонентов: органического материала и соли металла. При смешивании они образуют плёнку материала, аналога MOF-74, но с возможностью оксислительно-восстановительных процессов. В зависимости от использования соли магния или никеля, это может быть Mg2(NDISA)(H2O)2]⋅2.4(H2O) (Mg-NDISA) или [Ni2(NDISA)(H2O)2]⋅4(H2O) (Ni-NDISA).

Кроме оконного стекла, новый материал может пригодиться в некоторых типах дисплеев, которые могут показывать изображение, не потребляя энергии, как электронные чернила.