Новый материал для «умных» стекол от омских исследователей

Стекло — один из самых распространенных и универсальных материалов в современном мире. Оно используется в архитектуре, транспорте, медицине, электронике и многих других областях. Однако стекло имеет свои недостатки: оно пропускает солнечный свет вне зависимости от текущей потребности. Иногда это может приводить к таким проблемам, как излишняя освещенность, перегрев помещения и даже повреждение объектов (например музейных экспонатов). Кроме того, в эпоху «умных вещей» от стекла хотелось бы получить чуть больше функционала, чем просто от архитектурного материала.


Для решения этих проблем ученые по всему миру разрабатывают специальные покрытия для стекла, которые могут менять свои свойства под воздействием различных факторов. Одним из таких покрытий является электрохромная пленка — материал, который меняет цвет под воздействием электрического напряжения. Такая пленка может быть использована для создания «умных» стекол, которые затемняются, регулируют теплопотери, защищают от вредного излучения и отображают информацию.

Как работает электрохромная пленка?

Электрохромная пленка состоит из двух слоев: электрохромного и проводящего. Электрохромный слой содержит специальные молекулы, которые меняют свою структуру и цвет при приложении напряжения. Проводящий слой обеспечивает равномерное распределение напряжения по всей пленке.

Когда на пленку подается напряжение, молекулы электрохромного слоя переходят из одной формы в другую. В зависимости от типа молекул и направления перехода, пленка может менять свой цвет от прозрачного до темного или наоборот. Таким образом, пленка может регулировать количество пропускаемого света и тепла.

Когда напряжение снимается, молекулы возвращаются в исходное состояние и пленка восстанавливает свой первоначальный цвет. Этот процесс обратим и может повторяться множество раз без потери качества.

Какие преимущества имеет омская разработка?

Электрохромные материалы не являются новинкой в науке. Они были открыты еще в 1960-х годах и с тех пор активно изучаются и развиваются. Однако большинство существующих электрохромных технологий имеют ряд недостатков, которые ограничивают их практическое применение.

Одним из таких недостатков является низкая скорость смены цвета. Для того чтобы пленка полностью затемнилась или осветлилась, требуется от 6 до 12 секунд. Это может быть недостаточно для быстрой адаптации к изменяющимся условиям освещения или для отображения динамической информации.

Другим недостатком является ограниченный цветовой диапазон. Большинство электрохромных материалов на основе полимеров или жидких кристаллов могут менять свой цвет только в пределах белого или светло-голубого спектра. Это снижает эстетический и функциональный потенциал пленки.

Наконец, третьим недостатком является высокое энергопотребление. Чтобы поддерживать пленку в затемненном или осветленном состоянии, требуется постоянно подавать на нее напряжение. Это увеличивает расход электричества и сокращает срок службы пленки.

Все эти проблемы были решены в новой разработке, которую представили ученые из Омского государственного технического университета (ОмГТУ) и Омского государственного университета имени Ф. М. Достоевского (ОмГУ). Они создали электрохромную пленку, которая обладает рядом преимуществ по сравнению с аналогами.

Во-первых, пленка имеет высокую скорость смены цвета. Она «затемняется» за 1–1,5 секунды, что в несколько раз быстрее, чем у других электрохромных материалов. Это позволяет пленке быстро адаптироваться к различным условиям освещения и отображать информацию в режиме реального времени.

Во-вторых, пленка имеет широкий цветовой диапазон. Она может менять свой цвет от прозрачного до любого другого, включая красный, зеленый, синий и черный. Это расширяет возможности использования пленки для разных целей: например, для создания декоративных эффектов, для защиты от ультрафиолетового излучения или для кодирования информации.

В-третьих, пленка имеет низкое энергопотребление. Она работает при напряжении от 1 до 3 вольт, что значительно меньше, чем у других электрохромных материалов. Кроме того, пленка не требует постоянного поддержания напряжения: она сохраняет свой цвет даже при отключении питания. Это снижает расход электричества и увеличивает срок службы пленки.

Какие перспективы имеет омская разработка?

Электрохромная пленка на основе омской разработки может быть использована для создания «умных» стекол, которые будут иметь множество применений в разных областях.

Архитектура — лишь одна из областей, где можно использовать «умные» стекла. Они позволяют создавать здания, которые адаптируются к окружающей среде и потребностям жильцов. Например, стекла могут изменять степень прозрачности в зависимости от времени суток, погоды и температуры. Они также могут отображать информацию о трафике, погоде, новостях и развлечениях, улучшая комфорт, безопасность и энергоэффективность зданий.

Транспорт — еще одно направление, где «умные» стекла могут быть полезными. Их можно использовать в автомобилях, самолетах, поездах и кораблях, чтобы менять свойства в соответствии с условиями на дороге или в воздухе. Например, стекла могут затемняться или осветляться для защиты от солнца или предупреждать ослепление водителя фарами встречного потока. При этом они смогут динамически отображать информацию о скорости, навигации и текущих параметрах транспортного средства, повышая безопасность и комфорт для водителя и пассажиров.

«Умные» стекла могут быть использованы и в электронных устройствах, чтобы менять свои свойства в зависимости от потребностей пользователя или окружающей среды. Например, стекла могут менять степень прозрачности для улучшения читаемости или контрастности. Они также могут отображать информацию о состоянии батареи, сигнале, сообщениях или приложениях, повышая функциональность, удобство и привлекательность электронных устройств.

Омские ученые планируют продолжать исследования и разработку «умных» стекол. Они надеются создать опытный образец электрохромной пленки и стекла на ее основе, которые будут представлять интерес для отечественных и зарубежных производителей. Сотрудничество между ОмГТУ и ОмГУ в области химии позволяет объединить усилия и компетенции для достижения этой цели. Ученые также надеются привлечь инвесторов и заказчиков для дальнейшего развития разработки.