پنجره‌ای که قدرت انتخاب دارد!

دانشمندان نوع جدیدی از پنجره‌های پویا را توسعه داده‌اند که می‌تواند بین سه حالت تغییر کند و نور یا گرما را به طور انتخابی مسدود کند.

به گزارش ایسنا به نقل از نیو اطلس، پنجره‌ها یک نیاز اساسی برای ورود نور و گرما هستند، اما شما همیشه هر دو را همزمان نمی‌خواهید. اکنون مهندسان دانشگاه ایالتی نورث کارولینا(NCSU) ماده جدیدی ابداع کرده‌اند که به پنجره‌ها اجازه می‌دهد به راحتی بین سه حالت جابجا شوند.

این پنجره‌های پویای جدید می‌توانند بین حالت شفاف معمولی که نور و گرما را از خود عبور می‌دهد، حالتی که گرما را مسدود می‌کند اما نور را عبور می‌دهد و حالت رنگی که مقداری نور را عبور می‌دهد اما گرما را مسدود می‌کند، تغییر کند.

این پنجره‌ها برای کاربران در تمام فصول مناسب هستند و نیازهای آنها را برآورده می‌کنند.

ماده کلیدی در این پنجره‌ها، ماده‌ای به نام «اکسید تنگستن» است که اغلب در پنجره‌های پویا که بر اساس اصل الکتروکرومیسم کار می‌کنند، ظاهر می‌شود. هنگامی که یک سیگنال الکتریکی را اعمال می‌کنید، اکسید تنگستن که به طور معمول شفاف است، تیره‌تر می‌شود و نور را مسدود می‌کند.

اکنون در این مطالعه جدید، پژوهشگران ترفند جدیدی را کشف کرده‌اند. آنها دریافتند که اضافه کردن آب به این ماده، آن را به هیدرات اکسید تنگستن تبدیل می‌کند و هنگامی که از آن در پنجره‌های الکتروکرومیک استفاده می‌شود، تنظیمات اضافی به آن می‌دهد.

این ترکیب وقتی که خاموش است، نسبت به نور و گرما بی‌تفاوت باقی می‌ماند که برای روزهای سرد زمستانی که به هر دو نیاز است، ایده‌آل است. اما هنگامی که مقداری الکترون و یون لیتیوم به این ماده تزریق می‌شود، ابتدا در حالتی قرار می‌گیرد که در آن نور فروسرخ(که به صورت گرما احساس می‌شود) را مسدود می‌کند، در حالی که برای طول موج‌های نور قابل مشاهده شفاف باقی می‌ماند.

در نهایت، با عبور الکترون‌های بیشتری از این ماده، به حالت تاریک درمی‌آید که در آن هم نور مرئی و هم طیف فروسرخ را مسدود می‌کند که برای تابستان مناسب است.

اینکه دقیقاً چرا هیدرات اکسید تنگستن اینگونه عمل می‌کند، نامشخص است، اما دانشمندان یک فرضیه دارند.

جنل فورتوناتو نویسنده ارشد این مطالعه می‌گوید: وجود آب در این ساختار بلوری باعث می‌شود که چگالی کمتری داشته باشد، بنابراین در برابر تغییر شکل، زمانی که یون‌های لیتیوم و الکترون‌ها به مواد تزریق می‌شوند، مقاوم‌تر است.

وی افزود: فرضیه ما این است که چون هیدرات اکسید تنگستن می‌تواند یون‌های لیتیوم بیشتری نسبت به اکسید تنگستن معمولی قبل از تغییر شکل در خود جای دهد، دو حالت دریافت می‌کنید. حالت «خنک» یعنی زمانی که تزریق یون‌های لیتیوم و الکترون‌ها بر خواص نوری تأثیر می‌گذارند، اما تغییر ساختاری هنوز رخ نداده است که نور فروسرخ را جذب می‌کند و سپس، پس از ایجاد تغییر ساختاری، یک حالت تاریک وجود دارد که هم نور مرئی و هم نور فروسرخ را مسدود می‌کند.

در حالی که هیچ کمبودی در پنجره‌های پویای در حال توسعه وجود ندارد، شما اغلب این تعداد حالت را در یک سیستم دریافت نمی‌کنید. اما اکنون با این ابتکار جدید و از آنجایی که فقط یک ماده مورد نیاز است، ضخامت شیشه و انرژی مورد نیاز افزایش نمی‌یابد و می‌توان این پنجره‌های جدید را مانند پنجره‌های معمولی دارای اکسید تنگستن ساخت.

دلیا میلیرون از پژوهشگران این مطالعه نیز می‌گوید: کشف کنترل نور دو مسیره(فروسرخ و مرئی) در یک ماده واحد می‌تواند توسعه محصولات تجاری با ویژگی‌های پیشرفته را تسریع کند.

این پژوهش در مجله ACS Photonics منتشر شده است.