Электронная тонировка стекол автомобиля. Возможно ли сделать своими руками

Практически все автовладельцы хотят сделать стекла своих автомобилей более темными и менее прозрачными. Причин такого желания может быть несколько:

1. Эстетика. Тонированные стекла автомобиля делают его более привлекательным, более солидным.
2. Безопасность. Ценное содержимое салона автомобиля скрыто от взглядов злоумышленников.
3. Конфиденциальность. Некоторые люди просто не хотят, чтобы их видели другие, например, из-за своей известности и популярности.
4. Защита. Обивка салона часто страдает от действия солнечных лучей. Тонировка позволяет защитить салон от выцветания.
5. Комфорт. Защита от солнца позволяет создать благоприятные условия во время поездки.

Известно несколько способов тонировки – с помощью пленки, с помощью напыления и электро тонировка. Из всех перечисленных способов электро тонировка стекол автомобиля является менее распространенной, но более удобной в применении и более предпочтительной.

Технология «умного стекла»

Электронная тонировка представляет собой определенный вид стекла, который способен менять свой цвет – от практически прозрачного до полностью непроницаемого.

Основные особенности:

• изменение цвета стекла осуществляется при помощи подачи электричества на специальный электрохромный слой стекла;
• управлять цветом и степенью прозрачности можно дистанционно, с помощью специального пульта;
• способность менять цвет в зависимости от яркости солнечного света, так называемый эффект «хамелеона»;
• удобство в применении и очистке. Возможность повреждения специального электрохимического слоя полностью отсутствует, так как он находится внутри стекла;
• степень прозрачности не влияет на пропускную световую способность. Видимость в салоне от присутствия тонировки не снижается.

Самым главным достоинством электро тонировки является его способность защитить салон от воздействия УФ-лучей. Эта способность не зависит от степени прозрачности стекла.

Особенности электро тонировки своими руками

В зависимости от способа электронной тонировки своими руками различается технологический процесс изготовления умного стекла.

1. Самый надежный способ заключается в многослойном нанесении серии жидких кристаллов на внутреннюю поверхность стекла. Электрический заряд подается именно на жидкие кристаллы и степень затемнения изменяется. При подаче сигнала тока, кристаллы начинают взаимодействовать друг с другом и светлеть. Когда действие электричества прекращается отсутствие взаимодействия кристаллов приводит в постепенному затемнению стекол.

Несмотря на свою надежность и высокое качество этот способ доступен далеко не каждому желающему. И причина тому его высокая цена.

Видео: электро тонировка с помощью кристаллов.

2. Второй способ заключается в использовании электрохромной пленки. Набор для такой тонировки можно приобрести в автомагазине, а сам процесс выполнить самостоятельно.

Электро тонировка своими руками выполняется следующим образом:

• измерение стекол, разметка размеров на пленке, нарезка частей пленки соответствующих штатным стеклам;
• с пленки снимается защитный слой и прикрепляется к стеклу;
• подключаются регулятор и инвертор – специальные приборы, которые позволяют преобразовывать солнечную энергию в электрическую;
• все контакты тщательно изолируются, стекло вытирается сухой хлопчатобумажной тряпкой.

Главное в этой работе не спешить и делать все очень бережно и аккуратно. Думаю, что дешевле и быстрее можно сделать съемную тонировку (подробности здесь).

Видео: электрохромная пленка с токопроводящим слоем и жидкокристаллической основой.

3. Автоматическая тонировка передних стекол или двойное стекло. Выполнить автоматическую тонировку своими руками очень сложно. Она заключается в установке в дверь автомобиля дополнительного тонированного стекла.

Удобнее всего, когда это стекло будет пластиковым, его легче подогнать под размеры машины. Тонированное стекло вставляется вместо основного, а основное движется на специальных тросах. В нужный момент простым нажатием кнопки можно поднять или опустить тонированное стекло.

Тонкости в эксплуатации автоматической тонировки

При выборе автоматического способа тонировки следует учитывать несколько основных моментов:

1. Наличие второго стекла скрыто от посторонних глаз, что позволит избежать проблем с представителями органов правопорядка.
2. Существует определенный порядок в движении стекол. Первым опускается или поднимается дополнительное стекло и только потом основное.
3. Установка стекол приводит к увеличению веса дверей и самого автомобиля.
4. Для каждого стекла лучше всего заранее предусмотреть отдельную кнопку. Такой способ управления стеклами более удобен.
5. Можно установить стекла, которые могут одновременно подниматься и опускаться, а можно сделать этот процесс поочередным.

Видео: автоматическая тонировка (двойной стеклопакет).

При наличии определенных знаний и практических навыков в работе с автомобилями вполне можно заняться этим процессом самостоятельно. Но при отсутствии таких навыков лучше всего обратиться специалистам и приготовиться к трате немалой суммы денег.

Способов электронной тонировки несколько. Каждый автовладелец выбирает вариант, который ему наиболее подходит, ориентируясь на свои предпочтения и финансовые возможности. Тонировка – это не только способ показать свой статус в обществе, это, прежде всего забота о себе, своем имуществе и своем автомобиле.

Электрохромная тонировка автомобилей

Наверное, никто из автомобилистов не станет спорить с тем, что без хотя бы минимальной тонировки стёкол машины, комфортным передвижение на ней (будь это хоть иномарка премиум-класса) назвать будет сложно.

Во-первых, ввиду неудобства, причиняемого слепящими глаза прямыми солнечными лучами.

Во-вторых, из-за перегрева салона авто жарким летом, когда даже приспущенные окна и кондиционер порой не помогают избавиться от ощущения пребывания в печи.

В-третьих, каждому хочется огородить личное пространство от посторонних глаз, и если в домах эту функцию выполняют занавески и шторы, то в автомобилях — именно тонировка.

К тому же, не стоит забывать, что она же придаёт дополнительную прочность стёклам, а соответственно — и защиту водителю на случай аварийных происшествий или попадания в окна крупных предметов.

Таким образом, тонировочную плёнку для автомобильных стёкол можно было бы уверенно назвать безупречным благом, необходимым каждому владельцу машины, если бы не два омрачающих картину нюанса.

Первый — это ограничения в законах о дорожном движении на допустимую степень тонировки автомобиля, нарушение которых влечёт за собой как минимум штраф. Чем могут недобросовестно пользоваться работники дорожных служб, останавливая автомобилистов.

Второй — невозможность регулировать степень затенённости автомобильных стёкол, покрытых такой плёнкой. Ведь погода за окном может быть самой разной — от беспощадно слепящего солнца в безоблачном небе, когда хочется максимального от него укрытия, до пасмурного туманного осеннего дня, в который естественного освещения крайне не хватает.

К счастью, технологии не стоят на месте, и в последние годы на нашем рынке автомобильных услуг стали появляться так называемые «умные тонировки» — то есть электрохромные, которые позволяют мгновенно регулировать степень их затенённости в ручном режиме — причём от максимальной до практически нулевой. И хотя на Западе, где они и были изобретены, их используют ещё с 2007 года, у нас они лишь начинают набирать популярность. Что даёт начинающим предпринимателям в руки все коммерческие козыри.

В чём состоит технология электрохромной тонировки

Возможность смены степени её прозрачности обеспечивается её особой структурой — жидкокристаллическим слоем. Молекулы в нём, пребывая в обычном состоянии, имеют хаотичный порядок. Что внешне создаёт тот самый эффект тёмно-матового тонированного стекла.

Однако если на этот слой подать электрический заряд, внутри образуется электромагнитное поле, по границам которого тут же дружно начинают выстраиваться молекулы. Что, в свою очередь, делает стекло прозрачным.

В зависимости от силы подаваемого заряда регулируется степень его светопроницаемости. Подаётся заряд на плёнку из блока питания посредством медных контактов. Требуемое напряжение для работы блока — 100-110В.

Сам процесс монтажа электрохромной тонировки не отличается какой-то особой сложностью, поэтому при желании зарабатывать на данной услуге, обучиться этому не составит никакого труда.

Но наряду с плюсами у такой тонировки есть и свои минусы.
1. Поскольку это новинка, цена непомерно велика и составляет 500$ за 1м.кв.
2. Тонировка не совсем такая как мы привыкли (темная снаружи, светлая изнутри). Если сделали стекло темным, то оно будет темным с обеих сторон, поэтому ездить по ночному городу с такой тонировкой будет не комфортно. Но с другой стороны, можно включать тонировку заднего стекла, чтобы свет фар не слепил водителя через зеркало заднего вида.

Если вы решились заняться данным бизнесом, который вы можете открыть даже в обычном гараже. То для увеличения количества клиентов и получаемой прибыли меню предоставляемых услуг можно расширить. Включив в него не менее актуальные предложения, как например:
— покраска автомобилей жидкой резиной,
— нанесение нанопокрытия на автомобили для защиты от грязи и воды,
— ремонт сколов и трещин,
— отделка автомобиля под золото, хром, карбон.

Процесс монтажа электрохромной плёнки

А) Замер размеров стёкол автомобиля, на которые будет крепиться плёнка.
Б) Вырезание шаблона по полученным размерам (однако чуть большего, чем размеры окон).
В) Вырезание из тонировочной плёнки кусков по заготовленным шаблонам.
Г) Тщательная мойка и сушка автомобильных стёкол.
Д) Снятие с вырезанных кусков плёнки защитного слоя и крепление её к стёклам со стороны салона.
Е) Подключение регулятора напряжения.
Ж) Подключение инвертора, преобразующего постоянный ток в переменный.
З) Изолирование контактов и укладывание их под обшивку.

Поставщики

Найти поставщиков электрохромной тонировки вы можете на Алиэкспрессе (только при покупке следует учесть, что электрохромная тонировка выпускается в разных цветовых расцветках — белый, серый, черный) или через интернет, сделав поисковый запрос по названиям:
— PDLC film
— electrochromic film (электрохромная пленка),
— smart film (умная пленка),
— magic film (волшебная пленка),
— privacy film (пленка для конфиденциальности),
— light regulate film (светорегулируемая пленка),
— switchable film (переключаемая пленка)
— lc film (жидкокристаллическая пленка).

Как вы заметили, названий у этой пленки много, а по сути одно и тоже, просто производители и продавцы ее по разному называют.

Съемная тонировка нового поколения — ВБУНКЕРЕ.РФ: цены, услуги в СПб

В автосалоне ВБУНКЕРЕ.РФ опытные специалисты установят съемную тонировку нового поколения на Ваш автомобиль по доступным ценам! В яркую солнечную погоду съемная тонировка – это лучший способ защитить салон автомобиля от прямых солнечных лучей. Автовладельцы разных стран мира уже оценили все преимущества и легкость монтирования такой тонировки. Проблем с ГИБДД не будет, если пленка установлена корректно и соответствует законам и ГОСТу.

Особенности 

Неправильно наклеенная тонировка снижает обзор и влечет за собой штрафы от сотрудников ГИБДД.Такого быть не должно. Тонированная пленка, которую использовали для затемнения стекол ранее, была дорогой, сложной для оклейки, а монтаж такой пленки мог привести к повреждениям автомобильного стекла. У современных пленок, отсутствуют перечисленные недостатки. Снимается такая пленка в считанные минуты и без специальных инструментов.

Еще одно новшество – электрохромная тонировка. Приборы инспекторов ГИБДД такую тонировку не видят. Она бывает прозрачной и непрозрачной. Смысл действия такой тонировки в том, что сам материал остается темным, но под воздействием лучей тонировка становится прозрачной.

Предлагаем Вам посмотреть видео про нашу работу:

Плюсы и минусы съемной тонировки

Если вы приняли решение устанавливать тонировку нужно уяснить для себя все ее положительные и отрицательные свойства.

Плюсы новой съемной тонировки стекол:

1. 1.Тонкая пленка, хорошо пропускает свет и не затрудняет обзор водителю.
2. 2. Пленка не царапается.
3. 3. Структура пленки не способствует появлению на ней заломов и сгладит ошибки в ее нанесении.
4. 4. Пленке не страшны атмосферные осадки.
5. 5. Пленка многоразового нанесения.
6. 6. Пленка не зеркальная и смотрится как обычное пленочное покрытие.
7. 7. Тонировка классического черного цвета, но может иметь разные оттенки в зависимости от светопроницаемости (серый, голубой и др.), но с внешней стороны только черный оттенок.
8. 8. Для установки нужен только мыльный раствор (можно использовать всем знакомое средство для мытья «Фэйри»).

Минусы съемной тонировки:

Один недостаток, который разработчикам пока так и не удалось устранить полностью – это первоначальный эффект. Первые несколько дней после установки материал создает слегка мутное изображение. Этот эффект может наблюдаться на ярком солнце, а возникает из-за особенностей светопроницаемости материала как такового.

Новейшие технологии установки

Согласно народной мудрости, никто не сделает лучше, чем ты сам.

Тонировка предполагает установку как в автосервисе, так и своими руками. Следовательно, если вы окончательно определились с видом тонировки, то можно приступать к ее самостоятельной установке.

Алгоритм установки не сложный, но требует аккуратности. Примите во внимание, чтобы пленка хорошо приклеилась к стеклу, ее установку нужно осуществлять в сухом теплом помещении. Итак, вам необходимо сделать следующее:

1. Снять с автомобиля те стекла, которые вы планируете затонировать (сначала удаляем уплотнители, а потом вынимаем стекло).
2. Поверхность вынутого стекла необходимо очистить водой и обезжирить используя моющее средство и ворсовую тряпку). Не забудьте протереть углы стекол.
3. Заливаем в пульверизатор мыльный раствор (например, моющее средство или шампунь).
4. Далее начинаем оклеивать стекла. Советуем начинать оклейку с боковых стекол, поскольку они меньше размером и проще в демонтаже.
5. Для наилучшего соединения пленки с поверхностью стекла целесообразно опрыскать элементы кузова.
6. Определяем сторону наклеивания пленки. Для этого нужно разделить пленку и защитный слой в углу.
7. После этого прикладываем пленку темной стороной внутрь. Важно помнить, что при ошибке материал повторно использовать нельзя!
8. Далее обрезаем материал по контуру оставляя 1 сантиметр запаса с каждой стороны.
9. Обильно сбрызгиваем внутреннюю часть.
10. Отделяем прозрачный слой, который сбрызгиваем мыльным раствором.
11. Далее мокрую темную часть прикладываем к внутренней стороне стекла и еще раз сбрызгиваем мыльным раствором.
12. Устанавливаем сверху прозрачную долю пленки (делается из салона). Она будет защищать стекло от механических повреждений.

Устранить неровности покрытия предлагается резиновым шпателем, проводя разглаживающие движения от центра к углам. Так вы сможете устранить внутренние дефекты. После того как пленку разгладили, нужно дать ей подсохнуть. Далее аккуратно обрезаем лишние куски пленки. Последним этапом в установки пленки будет просушка поверхности стекол феном.

Напомним, что первые два дня видимость может быть нарушена, поэтому советуем не пользоваться автомобилем это время.

А тем, кто решил установить тонировку стекол самостоятельно, посоветуем не отказываться от помощи напарника, так как некоторые этапы в установке могут потребовать помощи другого человека.

Светопроницаемость: как выбрать

Выбрать нужную светопроницаемость тонировочной пленки для стекол можно применяя определенные пропорции. Например, чтобы светопроницаемость была равна 17% нужно применять два слоя пленки по 35% (изнутри и снаружи). Если вы хотите, чтобы светопроницаемость была равна 10% стоит наклеивать один слой 35%, а второй слой на 15%.

Электронная тонировка стекол автомобиля (видео) — Самостоятельный ремонт авто

Содержание:

Электронная тонировка стекол авто позволяет поработать над оформлением стильного внешнего вида машины, над ее внешней красотой и внутренней комфортабельностью. Даже в самые знойные дни – это эффективный способ, позволяющий сохранить освежающую прохладу в салоне. Кроме того, при помощи этой функции глаза водителя и попутчиков будут надежно защищены от ярких солнечных лучей и фар встречного транспорта в темное время суток. Дополнительное удобство представляет включение и выключение тонировки по желанию, регулирование ее параметров. А если перевести ее в автоматический режим, водитель и пассажиры всегда будут чувствовать себя максимально комфортно при передвижении.

Виды электронной тонировки

Современным автомобилистам известно о нескольких способах тонирования автостекол:

1. Способ «хамелеон» – для этого используются специальные стекла.

2. Электро-тонировка – этот вариант предполагает установку трехслойных стекол, изменяющихся после приведения в действие специального слоя с электрохимическими свойствами.

3. Электрохромная защита – применяется специальная пленка, обработанная специализированным химсоставом, способствующим изменению оптических свойств.

В течение короткого промежутка времени электронная тонировка стала невероятно популярной, и получила множество рекомендательных отзывов. Эту разновидность тонирования нельзя назвать дешевой, но, тем не менее, применяется она довольно широко.

Принцип работы электронной тонировки

В ее основе находится фотохимическое явление, имеющее связь со свойством возможных структурных изменений самой пленки, которые влияют на интенсивность проникновения лучей света во время подачи напряжения.

Современные технологии позволили получить новинку, которая для настоящих приверженцев комфорта сегодня стала уже незаменимой. Действие этой технологии осуществляется с помощью смеси жидких кристаллов, в виде специальной смеси находящихся непосредственно в полости стекла, точнее, в ее электронном слое. Подача напряжения приводит к распределению полимера.

spd тонировка

Устройства spd имеют способность к матированию стекла. Это становится возможным после того как жидкие кристаллы перевоплощаются в твердеющий полимер, имеющий способность к рассеиванию прямых лучей солнца и изменению характеристики стекла.

Как следствие, стекло становится матовым. В самом начале затемняются края, после чего изменяется и середина стекла. Для этого процесса требуются считанные минуты. Подача напряжения заставляет плавиться жидкие кристаллы, которые впоследствии пропускают световые лучи, несколько рассеивая их. В конечном результате, этот процесс позволяет получить прозрачное стекло.

Электрохромная тонировка

Тонирование всеми рассмотренными выше способами является довольно эффективным, но уже успело устареть. Со временем, эти технологии успешно заменили смарт-полимеры, по сути, являющиеся синтезом продвинутых технологий обработки обычных прозрачных пленок химическим способом. Как результат, у этих полимеров появилась способность к изменению своей светопроницаемости и прозрачности под воздействием электротока.

У смарт стекла есть еще одно название – «умное стекло», представляющее собой композитное соединение свойств прозрачной пленки и ряда химических компонентов, способствующих изменению оптических свойств: коэффициента светопропускания, матового состояния, коэффициента теплопоглощения и некоторых других при условии изменяющейся температуры, интенсивности освещения и подачи электроэнергии.

Электрохромный метод в несколько раз уменьшает потери тепла, сокращает расход энергии на работу кондиционера и подсветки в авто. Даже когда стекла находятся в прозрачном состоянии, они эффективно препятствуют пропусканию ультрафиолетовых лучей. Для обеспечения функционирования этой тонировки необходима подача электричества. Оттеночная гамма затемнения варьируется от чрезвычайно насыщенного до едва заметного тонирования. Подача энергии требуется только, если нужно изменить оттенок уровня прозрачного состояния, после выполнения этих действий необходимость в подаче тока отпадает. Поддержка состояния стекла осуществляется самопроизвольно без дополнительных воздействий.

Электро тонировка стекол автомобиля PDLC и SPD

Тонирование стекол PDLC – тип, позволяющий осуществлять регулирование их прозрачного состояния без внесения изменений в основные характеристики светопроникновения. Достаточно нескольких секунд, чтобы из прозрачного стекло стало матовым. Проще говоря, этот смарт-полимер при помощи влияния на прозрачность в течение всего светового дня обеспечивает освещение салона естественным внешним светом, но вместе с тем, матовость стекла полностью предотвращает обзор салона извне.

Тонирование SPD позволяет изменять прозрачность одновременно со светопроницаемостью стекла, которое в этом случае не только становится менее прозрачным, но еще и препятствует проникновению света. Регулирование и контроль над уровнем тонировки при этом возможен в любом промежуточном состоянии. Даже максимальное затемнение стекол при этой разновидности тонировки не создает препятствий для визуального контактирования с внешним пространством.

Тип тонирования SPD – наиболее прогрессивная технология, опережающая все выше перечисленные варианты, что, конечно же, не осталось без внимания автовладельцев с их благодарными отзывами.

Электро тонировка Vario Plus Sky

Это инновационный продукт, отличающийся уникальными характеристиками и способностью к изменению уровня затемнения во время подачи электроэнергии.

В перечне основных преимуществ техники находятся следующие пункты:

• Создание препятствий для попадания в салон авто ультрафиолетовых и ультракрасных излучений;
• Улучшение характеристик прочности стекла;
• Обеспечение звукоизоляции машины;
• Регулирование уровня прозрачности;
• Используя специальную кнопку на контроллере, можно управлять степенью тонирования автостекол.

Цена электрической тонировки

Однозначно ответить на этот вопрос нельзя, так как стоимость может варьироваться от сложности работ, разновидности тонирования, марки и модели автомобиля. Изготовление стекол для всех автомобилей осуществляется индивидуально. Можно оформлять заказ сразу на весь комплект стекол либо тонировать машину частями. Кстати говоря, затонировать можно также и люк на крыше автомобиля.

Известно о существовании множества компаний, занимающихся выше рассмотренными способами тонирования. И все они устанавливают собственные расценки на работу, что во многом зависит от используемых материалов и уровня мастерства исполнителей. Однако нужно сразу себя настроить на то, что это удовольствие не может стоить дешево.

Электронная тонировка стекол автомобиля своими руками

Если разобраться, электронная пленочная тонировка не сопряжена с большими сложностями. Технологией предполагается наклеивание на автостекла чрезвычайно тонкой пленки при помощи специально предназначенных для этого приспособлений. Как результат, удается получить прозрачные автостекла, допускающие изменение своего внешнего вида с помощью регулировки параметров на микроконтроллере. Поверхность этих стекол великолепно переносит механические воздействия, контакт с химическими и синтетическими препаратами.

Самостоятельно выполнять электронное тонирование рекомендуется в случае, если у исполнителя в этом направлении деятельности есть определенные навыки. Объясняется это дороговизной материалов, которые очень легко испортить, что выльется в нежелательные и бессмысленные затраты.

Ниже вы можете просмотреть видео электронной тонировки за которую не штрафует ГИБДД.

Электрохромная и электронная пленка для автостекол

Электрохромное, электронное тонирование стекол – это современная высокотехнологичная разработка, которая нашла практическое применение в управлении уровнем светопроницаемости автомобильных стекол. С введением в РФ запрета на затемнение лобового и боковых стекол автомобиля на законодательном уровне, интерес к этой технологии значительно возрос и она ко всему прочему стала доступнее для потребителя.

Первые разработки велись с начала 2018 года специалистами оптических лабораторий в США и Европе. Данная технология изначально не должна была использоваться в тюнинговании авто, основной сферой ее применения считался дизайн промышленных помещений, строительство.

Метод затемнения базируется на свойствах полимеров, которые могут менять степень светопроницаемости при приложении электрического тока — выстраиваться в решетки сообразно магнитным полям. Это может быть пленка или стекло, созданное с добавлением определенного состава.

Всего существует два вида материалов, действующих данным способом. Их делят на:

• Электрохроные
• Электронные

Электронное тонирование по SPD технологии

Для применения данной технологии используется триплекс – многослойное стекло, имеющее полимерную прокладку-основу. Именно эта прокладка способствует изменению степени затемнения стекла при подаче на него слабого электрического тока.

Благодаря такому показателю электрополя, как интенсивность, владелец авто с таким стеклом получит возможность регулировать степень затемнения по своему выбору при помощи сенсорной панели идущей в комплекте.

Если напряжение на стекло будет отсутствовать, оно будет непрозрачным. Установка такого стекла требует специальных навыков и умений, создать его самостоятельно невозможно, оно производится только в заводских условиях и приобретается установочным комплектом.

Оценить эффективность технологии, вы можете ознакомившись с этим видео:

Электрохромное тонирование автостекла PDLC технология

Это инновационная Корейская технология, значительно превзошедшая Европейский аналог в простоте и доступности, но не в популярности. Материал представляет собой пленку на клеевой подложке. Жидкокресталличесикий слой, заключенный между двумя слоями такой пленки отвечает за степень затемнения. В спокойном состоянии эти жидкие кристаллы «не организованы» и свет не может проникнуть через пленку, а стекло имеет нейтральный матовый цвет. Однако, при подаче напряжения кристаллы начинают выстраиваться в определенном порядке, вдоль линий напряжения, что делает пленку прозрачной.

И все же, данный более простой аналог не слишком популярен, потому что в выключенном состоянии является просто более технически сложной альтернативой простым водительским шторкам, ведь он становится абсолютно непрозрачным при подаче напряжения.

В этом видео вы увидите, как работает электрохромная тонирующая пленка:

Окна с самозатемняющимся электрохромным стеклом устраняют необходимость в оконных покрытиях

[Изображение выше] Кредит: Kinestral Technologies Inc.

Ах, чудеса техники. Кажется, что успехи в исследованиях сделали простые неодушевленные предметы «умнее». Просто посмотрите на беспилотные автомобили, дверные звонки, которые позволяют открывать дверь с телефона, одежду, умные дома и даже дороги.

Это был только вопрос времени, когда кто-нибудь решит, что Windows нуждается в повышении IQ.Компания Kinestral Technologies из Сан-Франциско разработала особый тип тонированного стекла, в котором оттенок контролируется пользователем с помощью, как вы уже догадались, смартфона.

Смарт-тонирующее стекло Halio от Kinestral уменьшает количество света, сохраняя при этом вид снаружи. Согласно недавнему пресс-релизу, компания установила свои первые окна в световом люке и двух конференц-залах в офисе Alexandria Real Estate Equities Inc. в Сан-Франциско.

Установка светового люка уменьшила интенсивность проникновения тепла в комнату отдыха сотрудников.В комнате для совещаний были созданы окна, которые при затемнении превращались в стены, добавляя конфиденциальности с помощью тонированных «перегородок».

Halio — это, по сути, система управления освещением, позволяющая пользователю контролировать количество света и конфиденциальность с помощью смартфона, планшета, настенного управления или голосовой активации, согласно описанию на веб-сайте компании. Технология встроена в стекло и блокирует «до 99,9% видимого света», заявляет компания, снижая потребности зданий в энергии.Это делает ее идеальной «зеленой» технологией — сильным преимуществом как для коммерческих, так и для жилых помещений.

«Умные» окна Kinestral питаются от электрохромных элементов — технологии, впервые разработанной такими компаниями, как Sage (принадлежит Saint Gobain) и View.

Электрохромные материалы могут «изменять свои свойства под воздействием электрического напряжения или тока», как объясняется в книге «Электрохромные материалы и устройства » Роджера Дж. Мортимера, Дэвида Р.Россеинский и Пол М.С. Монах.

«Компания Kinestral добилась значительных успехов в технологии, поэтому… мы называем Halio стеклом с умной тонировкой», — объяснил в электронном письме Крейг Хенриксен, вице-президент Kinestral по маркетингу.

Отличия технологии Halio включают в себя повышенную скорость тонирования, равномерный переход оттенка, равномерный цвет и, что может быть наиболее важным, пользовательский контроль. В то время как Halio может автоматически реагировать на различные параметры, такие как положение солнца, погода или время суток, пассажиры могут настроить оттенок в соответствии со своими личными предпочтениями.С течением времени Halio «узнает», какой уровень оттенка предпочитают пассажиры в определенное время суток.

Kinestral объявила в марте, что начнет массовое производство своего смарт-стекла Halio, но, согласно статье в Venturebeat, следующей задачей компании является масштабное производство окон, чтобы снизить затраты и создать разумную цену для розничных потребителей.

В настоящее время компания сосредоточена на внутренних и наружных работах в жилых и коммерческих зданиях, но в их поле зрения находятся и другие отрасли, в том числе транспортная отрасль.

До сих пор были положительные отзывы о Halio. «Они в восторге, когда мы можем приказать ему подкраситься», — сказал Хенриксен. «Архитекторы… расскажите нам о проектах, над которыми они работают. Потребители… говорят нам, в каких комнатах в их домах нужен Halio».

Возможно, оконные покрытия скоро заменят пишущие машинки, стационарные телефоны и видеокассеты. Время покажет.

Электрохромная тонировка стекол для автомобилей

Электрохромная тонировка стекол автомобилей . Автосалон 3М по тонировке стекол. Режущие кромки должны быть аккуратными, любые заусенцы при резке приведут к разрыву пленки. Электротинт наносится на стекло самоклеящейся стороной пленки. Смарт-тонировка автомобильных приложений для автомобилей, фургонов, автобусов, грузовиков и многого другого.

После установки подача напряжения приводит к выравниванию рассеянного жидкого кристалла, что дает вам возможность видеть сквозь него.Предварительно нарезанная и предварительно смонтированная автомобильная смарт-тонировка только с монтажным комплектом. В нашем магазине мы предлагаем следующие 3-метровые автомобильные пленки. Затемните его, обрежьте его, проектируйте на нем блоки 99 uv, которые легко установить.

Мой друг и я разработали новый тип материала в нашем университете, который мы можем использовать для электрохромных красок, и мы основали компанию, основанную на нем. 3M Crystal 3M Color Stable и 3M Fx Premium.Резка пленки, резка пленки pdlc на лист в соответствии с размером стекла. Так как 9500 за все окна это обв.

Трансформатор используется для подачи 60 вольт переменного тока, и его состояние «включено-выключено» контролируется переключателем или подобным устройством. Чтобы приобрести полную систему, показанную в видео выше, с умным оттенком, используйте ссылку ниже. Автомобильная интеллектуальная тонировочная пленка представляет собой самоклеящуюся переключаемую тонировочную пленку для стекол, предназначенную для применения в автомобилях.

Если вы ищете Электрохромная тонировка стекол для автомобилей , вы пришли в идеальное место. У нас есть 20 изображений об электрохромной тонировке стекол для автомобилей, включая картинки, фотографии, картинки, фоны и многое другое. На такой веб-странице мы также предоставляем разнообразную графику. Такие, как png, jpg, анимированные GIF-изображения, изображения, логотипы, черно-белые, полупрозрачные и т. д.

Массачусетский технологический институт только что разработал энергосберегающую электрохромную оконную тонировку, которая мгновенно темнеет при нажатии выключателя.

Электрохромная тонировка окон

Новая тонировка создана из-за ограничений текущей электрохромной тонировки стекол. А именно, что им потребовалось слишком много времени, чтобы достичь высокого уровня темноты, необходимого для того, чтобы считать их энергоэффективными. С новым оттенком можно легко добиться высокого уровня затемнения. Это важно, потому что это позволит окнам пропускать солнечный свет в холодные дни и не допускать его в жаркие дни. Как вы можете себе представить, это эффективно уменьшит объем работы, необходимой для системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC).В некоторых случаях это может полностью исключить необходимость в системе HVAC.

Как это все работает?

В этот момент вы можете задать себе вопрос: как все это работает? На самом деле это относительно простая концепция. Электрохромная тонировка окон основана на противоположных отрицательных и положительных зарядах частиц, которые затемняют оттенок окон. Когда заряд передается через материал, он становится отрицательным. Когда материал становится отрицательным, появляется положительный заряд, чтобы сбалансировать его.Этот положительный заряд и заставляет окно затемняться. Как упоминалось ранее, это работает, но слишком медленно, чтобы быть полезным. В идеале тип материала, необходимый для обеспечения максимальной энергоэффективности и экономии электроэнергии, должен мгновенно переходить от светлого к темному. Материал, созданный в Массачусетском технологическом институте, способен на это, потому что в нем используются специальные молекулы-носители, которые позволяют противоположным зарядам гораздо быстрее уравновешивать друг друга.

Помимо молекул-носителей, новый материал темнее старого.Это важно, потому что увеличивает способность блокировать солнечный свет. Со старым материалом окна стали бы темно-зелеными, а не черными. Новый материал становится угольно-черным, потому что он использует уникальное сочетание зеленого и красного цветов, а не один цвет. Этот угольно-черный цвет может оказать огромное влияние на энергоэффективность.

Электрохромная тонировка окон | Полимерные решения SGS

В современном мире все умно. Смартфоны, умные часы, умные телевизоры и даже умные лампочки.С появлением Amazon Alexa и других сетевых устройств все наши дома вскоре тоже могут стать «умными». Для полноценного умного дома вам также понадобятся умные окна! И угадайте, какая технология стоит за определенными типами умных окон? Полимеры!

Окна являются печально известными пожирателями энергии, однако в большинстве зданий требуются большие и многочисленные окна; сколько зданий вы видели с полностью стеклянным экстерьером? Это оставляет загадку: мы любим солнечный свет и виды, но в результате имеем значительно более высокие затраты на отопление и охлаждение.Тонировка — несовершенное решение, потому что окна должны сохранять некоторый уровень прозрачности, а статическая тонировка возможна только в том случае, если сам свет статичен, а солнечный свет — нет).

Динамические тонируемые окна или «умные» окна — отличный компромисс. Согласно одной статье ¹ , «в настоящее время современные коммерческие электрохромные окна кажутся наиболее многообещающими для снижения нагрузок на охлаждение, нагрева и энергии освещения в зданиях, где они оказались наиболее надежными и способными модулировать коэффициент пропускания до до 68 процентов всего солнечного спектра.«Электрохромные окна, изготовленные из полимеров, могут изменять количество солнечного света в зависимости от электрического тока или изменяющихся условий окружающей среды, в основном они способны менять свой оттенок одним нажатием выключателя. Они обеспечивают прозрачность при учете потерь или прироста энергии за счет большой площади стеклянной поверхности.

Что означает электрохромное окно? Электрохромизм — это когда устройство может обратимо изменить свой цвет, вызванное внешним источником энергии. Это окислительно-восстановительная реакция.В окислительно-восстановительных реакциях происходит перенос электронов, поэтому один химический вид окисляется, теряя электроны, а другой химический вид восстанавливается, приобретая электроны. Это изменение может привести к изменению вида, что приведет к изменению цвета. В электрохромных окнах это изменение цвета сохраняется до тех пор, пока не произойдет изменение внешнего источника энергии. Следовательно, нажатие переключателя для подачи электричества через электрохромное оконное стекло позволяет пользователю управлять затемнением или осветлением оттенка.

Электрохромные окна изготавливаются из нескольких слоев стекла, проводящей жидкости, ионных проводников, электроактивных слоев и другой проводящей пленки.Электроактивные слои, обычно изготовленные из электрохромных проводящих полимеров, вызывают окрашивание.

Полианилин, например, представляет собой проводящий полимер, который в окислительно-восстановительной реакции превращается из прозрачного в фиолетовый. Этот полимер, в частности, является одним из наиболее испытанных электрохромных материалов из-за его низкой стоимости и простоты обработки. Кроме того, полианилин и гибридные полимеры легко меняют цвет при воздействии соответствующих катализаторов, обладая высоким электрохромным контрастом и быстрым временем отклика.Все эти черты делают их идеальными для умных окон.

В SGS PSI у нас есть опыт работы над различными оконными проектами, включая дефекты и сбои. Если вам нужен экспертный анализ, обращайтесь!

Полимеры — основа нашего мира, и использование их силы помогает нам шагнуть в будущее. Все дело в том, чтобы использовать науку для создания лучшего мира для всех. Довольно умно, да?

¹ Baetens, R., Jelle, B.P., & Gustavsen, A.(2010). Свойства, требования и возможности умных окон для динамического управления дневным светом и солнечной энергией в зданиях: современный обзор. Солнечные энергетические материалы и солнечные элементы, 94(2), 87–105. doi: https://doi.org/10.1016/j.solmat.2009.08.021

Что такое электрохромное (умное) стекло для Windows?

Кажется, что куда бы мы ни посмотрели, от умных часов до смартфонов, люди внедряют «умные» технологии в повседневную жизнь. В индустрии тонирования окон и оконных пленок эта тенденция наступила.«Умное стекло» — это новая технология, которая позволяет пользователю делать стекло непрозрачным, когда это необходимо, и прозрачным, когда нет, обеспечивая исключительную универсальность на рынке оконных пленок. Вот как это работает.

Наука за умным стеклом

«Умное стекло» — это уличное название электрохромного стекла. Это стекло позволяет пользователю переключать кнопку на стене или приложение для смартфона, чтобы контролировать количество света и тепла, проходящего через окно. Стекло может быть полностью прозрачным или тонированным, чтобы уменьшить свет и тепло, без необходимости возиться с жалюзи и шторами.Некоторые из них также могут быть настроены на блокировку света при сохранении обзора.

работают за счет пропускания электрических зарядов низкого напряжения через электрохромное покрытие на поверхности стекла. При активации электрохромный слой меняется с прозрачного на непрозрачный и сохраняет этот цвет после того, как изменение цвета вступит в силу. Когда пользователь хочет изменить, чтобы очистить, другой заряд отменит изменение. Никакого дополнительного электричества не требуется для поддержания любого цвета.

Для тех, кто хочет эту технологию, но не хочет вкладывать средства во все новые окна для своих объектов, электрохромная пленка является отличным вариантом.Эта пленка покрывает существующие окна и использует ту же базовую технологию для создания стекла, которое становится непрозрачным, без фактической замены ваших окон.

Будущее этой технологии

Умные окна могут показаться чем-то из научно-фантастического фильма, но технология очень реальна и в настоящее время используется в ряде приложений. Однако, как и большинство технологий, электрохромные окна продолжают развиваться.

Электрохромные окна имеют два основных недостатка: Во-первых, затемнение окна фильтрует свет, но не создает полной конфиденциальности.Люди все еще могут видеть в окнах. Кроме того, для полного переключения этих окон может потребоваться до 10 минут.

По этой причине исследователи разработали новую технологию, называемую технологией полимерно-диспергированных жидких кристаллов (PDLC). Окна PDLC сочетают в себе полимеры и жидкокристаллические материалы, чтобы обеспечить полную конфиденциальность и возможность переключения менее чем за мгновение. Это технология, которую Rayno Window Film использует для создания сменных стекол с использованием нашей защитной стеклянной пленки.

Пленка Rayno PDLC

Rayno выводит на рынок смарт-пленку PDLC , в которой используется инновационная губчатая конструкция.Это обеспечивает большую гибкость как в дизайне, так и в применении, позволяя наносить пленку на любое окно с адекватным электрическим током. В результате получается непрозрачная поверхность, которую можно использовать в качестве проекционного экрана, а также блокировать 99 процентов УФ-лучей и 65 процентов инфракрасных лучей. Пленка выпускается в различных цветах и ​​потребляет лишь небольшое количество электроэнергии для работы, что делает ее эффективным и действенным способом обеспечить конфиденциальность и тонировку окон вашего объекта.

Независимо от того, хотите ли вы создать на окне своего офиса достойную проецирования поверхность или хотите сделать прозрачную дверь душа непрозрачной во время использования, наша переключаемая пленка — это ответ.Свяжитесь с установщиком оконных пленок Rayno в вашем регионе, чтобы узнать больше о наших вариантах смарт-пленки или узнать стоимость установки этой пленки на вашем объекте.

Влияние электрохромной динамики отдельных наночастиц на долговечность и скорость «умных» окон

«Умная» стекольная промышленность разрабатывает технологии тонирования окон, которые модулируют количество видимого и инфракрасного излучения, передаваемого в самолеты, автомобили и здания, для повышения комфорта пассажиров и снизить потребление энергии (1⇓⇓–4).Умные окна обычно основаны на электрохромных пленках оксида вольфрама (5⇓⇓⇓⇓–10), настраиваемые оптические свойства которых обусловлены электрохимической реакцией введения/извлечения ионов в уравнении. 1 . Применение катодного потенциала вызывает окрашивание или окрашивание, когда электроны ( e ^— ) и катионы (M ⁺ ) (такие как H ⁺ или Li ⁺ ) вводятся в прозрачную WO ₃ материал, образующий соединение темно-синего цвета M _x WO ₃ .Применение анодного потенциала вызывает отбеливание, при котором электроны и катионы извлекаются из окрашенного соединения M _x WO ₃ , преобразуя прозрачный материал WO ₃ . Современные электрохромные «умные» окна переключаются из прозрачного состояния в полностью затемненное на 90 % за 7–12 минут (11). Поскольку «умные» окна потребляют больше всего энергии в процессе тонирования (12), существует большая заинтересованность в повышении эффективности окрашивания (изменение цвета на единицу заряда, вложенного в электрохромный материал) для снижения энергии, необходимой для тонирования окон: WO3+xM+ +xe−⇄MxWO3.[1] Электрохромные наночастицы обладают уникальными свойствами, которые потенциально обеспечивают более высокую скорость окрашивания и более длительный срок службы по сравнению с тонкими пленками (13, 14). Во-первых, наноструктурированные электроды позволяют проводить больше реакций внедрения ионов на геометрическую площадь, чем плоские электроды. Поскольку вблизи границы раздела твердое вещество/электролит образуется больше центров окраски, катионы проходят меньшее расстояние во время циклов окрашивания/обесцвечивания; оба эффекта потенциально улучшают кинетику окрашивания/обесцвечивания и электрохимическую обратимость.Во-вторых, наночастицы проявляют зависящие от размера псевдоемкостные электрохимические свойства (15). Псевдоемкостные электрохромные наночастицы увеличивают скорость окрашивания (16⇓⇓–19) из-за быстрых реакций внедрения ионов на поверхность, а не из-за медленного процесса внедрения ионов в объеме.

Несмотря на потенциальные преимущества электрохромных наночастиц для интеллектуальных окон, неизвестно, как неоднородность наночастиц влияет на зависящую от частиц эффективность окрашивания, кинетику окрашивания/обесцвечивания и величину оптической плотности (OD).Зависимое от частиц электрохромное поведение на окнах площадью квадратный метр способствует пространственно-неоднородному окрашиванию. In situ методы оптической (20⇓–22), электронной (23) и рентгеновской (24, 25) микроскопии использовались для визуализации кинетики внедрения ионов и структурных переходов в пленках электрохромного оксида металла и отдельных частиц, но для электронного и рентгеновского подходов сложно изучать электрохромные свойства в условиях, относящихся к устройству, таких как давление окружающей среды, температура и дозы облучения.

В этой работе мы используем подход оптической визуализации на уровне одной частицы для определения структурно-функциональных отношений в псевдоемкостных гексагональных наностержнях WO ₃ и количественной оценки влияния межчастичных взаимодействий на электрохромную динамику. Наши измерения выявили зависящее от частиц время ожидания окрашивания из-за внедрения ионов лития в оптически неактивные участки поверхности. Более длинные наностержни имеют тенденцию окрашиваться в более темный цвет, потому что они хранят больше центров окраски ионов лития на поверхностных ступенях, а внутреннее электрическое поле управляет переносом ионов лития от концов наностержней к середине.Время ожидания, скорость и величина окраски, зависящие от частиц, способствуют нежелательным пространственным и временным характеристикам тонирования в электрохромных окнах большой площади. Кроме того, мы обнаружили, что границы раздела частиц способствуют долговременному необратимому окрашиванию в электрохромных интеллектуальных окнах на основе наночастиц.

Результаты и обсуждение

Электрохромный подход к визуализации одиночных частиц.

На рис. 1 показана экспериментальная методология визуализации процессов внедрения/экстракции литий-иона в одиночные гексагональные наностержни WO ₃ ( h -WO ₃ NR) (средняя длина = 1.02 ± 0,54 мкм и ширина = 0,10 ± 0,04 мкм; Приложение SI , рис. S1). Каждый наностержень представляет собой монокристалл с четко определенной ориентацией граней поверхности {1000} для боковых стенок ( SI Приложение , рис. S1 B ). Мы собрали рабочий электрод h -WO ₃ с покрытием из наностержней из легированного оловом оксида индия (h- WO ₃ NR/ITO) в трехэлектродную микрофлюидную электрохимическую ячейку и установили ее на столике инвертированный оптический микроскоп (фиг.1 А ). Образец освещается светоизлучающим диодом (LED) с длиной волны 940 нм, а камера устройства с зарядовой связью, умножающая электроны, получает изображения, синхронизированные с токо-временным откликом электрохимической ячейки (рис. 1 B ). Наностержни WO ₃ выглядят как темные объекты на ярком фоне на изображениях, передаваемых оптическим путем, поскольку частицы поглощают и рассеивают падающий свет. Сканирующая электронная микроскопия ex situ (СЭМ) подтверждает, что темные объекты на оптических изображениях либо изолированы, либо сгруппированы h -WO ₃ NR (рис.1 C и D ).

Электрохромный метод визуализации одиночных наночастиц. ( A ) Электрохимическая установка для широкопольной оптической визуализации электрохромизма одиночных наночастиц. Платиновый счетчик и электроды сравнения Ag/AgCl не показаны для ясности. ( B ) Стек изображений оптической передачи во время импульса катодной поляризации. Сплошные и пунктирные красные линии обозначают области эквивалентного размера для расчета интенсивности света, прошедшего через наночастицу WO ₃ ( I ) и подложку ITO ( I ₀ ) соответственно.(Масштабная линейка, 1 мкм.) ( C ) СЭМ-изображение области образца в B . (Масштабная линейка, 1 мкм.) ( D ) Увеличение одиночного наностержня, обозначенного сплошными красными линиями в B и C . (Масштабная линейка, 500 нм.) ( E и F ) Кривая зависимости потенциала от времени для электрода h -WO ₃ NR/ITO ( E ) и ΔOD( t) с поправкой на толщину ) _d в зависимости от времени траектории частицы ( F ) в D .

Чтобы вызвать процесс окрашивания и обесцвечивания в соответствии с уравнением 1 , к электроду h- WO ₃ NR/ITO в пропиленкарбонатном электролите, содержащем 1,0 М LiClO ₄ , прикладывали катодные и анодные импульсы напряжения (рис. 1 E ). Мы вычисляем толщину частиц ( d ) с поправкой на изменение OD, ΔOD(t)d=OD(t)d−OD(0)d=-log10(I(t)I0(t))+log10(I( 0)I0(0)), где I ₀ и I — интенсивности света, прошедшего через подложку ITO и частицу WO ₃ соответственно (обозначены пунктирной и сплошной красными линиями на рис.1 В – Д ; также см. Методы ). На рис. 1 F показана репрезентативная траектория ΔOD( t ) _d от одиночной наночастицы на рис. 1 D , где OD ожидаемо увеличивается и уменьшается во время катодных и анодных импульсов напряжения. Подход к широкопольной визуализации измеряет сотни наночастиц в одном эксперименте. Мы заметили, что 9% (9 из 102) одиночных частиц не проявляли оптической модуляции, а 6% (6 из 102) одиночных частиц демонстрировали аномальное окрашивание во время циклов катодной поляризации ( SI Приложение , рис.С2). Потенциальное значение неактивных и аномальных частиц будет обсуждаться ниже.

Моделирование динамики окраски и обесцвечивания в отдельных

На рис. 2 представлены репрезентативные траектории ΔOD( t ) _d для трех изолированных наностержней одинаковой ширины (0,11, 0,16 и 0,10 мкм) и различной длины (1,64, 0,52 и 0,67 мкм). Траектории ΔOD( t ) _d демонстрируют три отличительные особенности: ( i ) зависящее от частиц время ожидания изменения OD ( t _wait ) (рис.2 C , F и I ), ( ii ) резкий всплеск ОП на коротких временах и ( iii ) устойчивое увеличение ОП на длительных временах (рис. 2 B , E и H ). Чтобы объяснить время ожидания, зависящее от частиц, мы считаем, что ч -WO ₃ имеет три места связывания ионов лития: гексагональные окна (HW), квадратные окна (SW) и тригональные полости (TC) ( SI Приложение , рис. S3) (26⇓⇓–29). Баладжи и др.показали, что ионы Li сначала заполняют TC-узлы, но только HW- и SW-узлы вносят вклад в окраску в макропористых гексагональных пленках WO ₃ (28), что согласуется с расчетами электронной структуры (27). Для этих h -WO ₃ NR измерения электрооптической, электрохимической токовой и рамановской спектроскопии на уровне ансамбля показывают, что ионы Li и электроны инжектируются в частицы WO ₃ от t = 0 до t = t _ждать даже при отсутствии изменения OD ( Приложение SI , рис.С4 и С5). Таким образом, мы связываем время ожидания со встраиванием ионов лития в оптически неактивные сайты ТЦ.

Количественный анализ траекторий OD одиночных наночастиц. ( A ) СЭМ-изображение одиночного наностержня WO ₃ (длина = 1,64 мкм, ширина = 0,11 мкм). ( B ) ΔOD( t ) _d траектория того же наностержня в A . ΔOD( t ) _d точки данных и планки погрешностей представляют среднее значение и стандартное отклонение трех последовательных катодных (-1.0 В по отношению к Ag/AgCl) и анодному (+1,5 В по сравнению с Ag/AgCl) потенциальным циклам. Пунктирные вертикальные линии представляют t90color (67,78 с) и t90bleach (4,33 с). Сплошная красная линия представляет собой соответствие данным с использованием уравнения. 2 в Методы . ( C ) ΔOD( t ) _d траектория в B от t = 0 до 30 с, показывая t ожидание ( D – F ) Те же данные, что и для A – C , но для более короткого наностержня WO ₃ (длина = 0.52 мкм, ширина = 0,16 мкм) с более длинным t90color (115,53 с), t90bleach (3,33 с) и немного более длинным t _wait (2,78 с). ( G – I ) Те же данные, что и для A – C , но для более короткого наностержня WO ₃ (длина = 0,67 мкм, ширина = 0,10 мкм) с более длинным t90color (96,78 с), ( t90bleach) 209,33 с), и намного дольше t _ждать (18,03 с). (Шкала шкалы, 500 нм.)

Чтобы объяснить поведение всплеска ОП, мы проанализировали данные циклической вольтамперометрии и пришли к выводу, что эти наностержни ч- WO ₃ демонстрируют псевдоемкостное электрохимическое поведение ( SI Приложение , рис.S5 B ) (30). Псевдоемкость представляет собой процесс фарадеевской емкостной зарядки, связанный с быстрыми реакциями переноса заряда на поверхности электрода или вблизи нее (16). Поведение всплеска OD можно объяснить внедрением ионов лития в оптически активные участки поверхности HW и SW, поскольку мы наблюдали, что ΔOD( t ) _d экспоненциально увеличивается с t , что согласуется с емкостным процессом зарядки поверхности. В этих наностержнях h -WO ₃ интеркаляционная псевдоемкость не ожидается, потому что объемная псевдоемкость требует уникальной кристаллической сетки (31).Медленное поведение роста OD может быть связано с ограниченным диффузией процессом внедрения ионов Li в объемные участки HW и SW, поскольку мы наблюдали, что большие времена, в соответствии с уравнением Коттрелла (22). Хотя мы не визуализируем непосредственно внедрение ионов лития в объемных и поверхностных участках, мы отличаем быструю реакцию внедрения ионов лития на поверхность (т. е. псевдоемкость) от медленного процесса внедрения объемных ионов лития, соответственно, в соответствии с литературными данными (17). , 18, 32⇓⇓–35).

по количественному анализу Δod ( T )

3 D

3 D Траектории из 102 отдельных H -WO ₃ NRS, мы разработали модель-зависимый модуль электрохромизма, которая учитывает ( I ) T _{ожидание} , ( ii ) всплеск псевдоемкостной ОП и ( iii ) медленный рост ОП (см. Методы ). В этой модели вставка ионов лития в восстановленные сайты W ⁵⁺ отвечает за окраску, поскольку мы не наблюдаем частиц W ⁴⁺ в измерениях рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии ( SI Приложение , рис.С6) (36). Уравнение установки 2 в Методы до Δod ( T ) _D Данные (см. Сплошные красные линии на рис. 2 B , E , и H ) Выход T _ждут , константа скорости поверхностной реакции переноса заряда ( k _surf ) и общий заряд, введенный в оптически активные объемные и поверхностные участки HW и SW (Qbulkactive и Qsurfactive). Кроме того, мы извлекаем показатели производительности интеллектуальных окон, такие как максимальное изменение OD с поправкой на толщину частиц (ΔODdmax), время, необходимое для достижения 90% ΔODdmax (t90color), и время, необходимое для уменьшения ΔODdmax на 90% (t90bleach). ).

Влияние размера частиц и структуры поверхности на величину и динамику ОП.

Рис. 3 A показывает положительный коэффициент корреляции Пирсона между ΔODdmax и длиной наностержня; в среднем более длинные наностержни имеют более темный оттенок, чем более короткие наностержни. Однако частицы с одинаковой длиной могут иметь разницу в ∆ODdmax на порядок при одинаковых экспериментальных условиях. Наш анализ траекторий показал, что более длинные наностержни сохраняют больший поверхностный заряд на геометрическую площадь (рис.3 B ) и больший объемный заряд на единицу объема, чем у более коротких наностержней (рис. 3 C ). Эти тенденции скрыты в электрооптических измерениях на уровне ансамбля и неожиданны, поскольку числовая плотность центров связывания ионов лития не зависит от площади поверхности и объема в идеальных кристаллах.

Корреляция между величиной ОП и структурными свойствами наностержней. ( A ) Изменение OD (ΔODdmax) с поправкой на толщину частиц в зависимости от длины наностержня (коэффициент корреляции Пирсона ρ = 0.34 ± 0,06; n = 98 частиц). ( B и C ) Заряд, внесенный в оптически активные участки поверхности на электрохимически активную площадь поверхности наностержня Qsurfactive в зависимости от длины (ρ = 0,52 ± 0,05, n = 83 частицы) ( B ) и объемный заряд на единица объема Qbulkactive в зависимости от длины (ρ = 0,33 ± 0,07, n = 83 частицы) ( C ). Черные кружки в A – C представляют данные для отдельных наностержней, а сплошная красная линия представляет собой линейную аппроксимацию, показывающую общую тенденцию.( D ) СЭМ-изображение одиночного наностержня. Расстояние между всеми вертикальными черными и красными линиями составляет 200 нм. Концевые сегменты наностержней за пределами вертикальных черных линий не анализировались. (Масштабная линейка, 1 мкм.) ( E ) Репрезентативные траектории ΔOD( t ), измеренные от среднего (полые зеленые кружки) и концевых сегментов (полые и сплошные синие квадраты) на одиночном наностержне в D . ( F ) ΔOD ^max в зависимости от расстояния от центра тяжести наностержня, рассчитанного на основе анализа траектории в E .Красная линия представляет собой линейную подгонку к сегментированным данным. Столбики погрешностей представляют собой стандартное отклонение ΔOD внутри сегмента. ( G ) ΔOD ^max для 13 одиночных частиц в зависимости от параметра наклона, определенного в F . Красная линия представляет собой линейную аппроксимацию, показывающую общую тенденцию (ρ = 0,73 ± 0,31).

Чтобы понять тенденции накопления объемного и поверхностного заряда в зависимости от длины наностержня (рис. 3 B и C ), мы проанализировали ΔOD ( t ) по длине одиночных наностержней (рис.3 Д ). Кинетика ΔOD( t ) не зависит от положения вдоль наностержня (рис. 3 E ), но максимальная OD увеличивается от концов наностержня к его середине (рис. 3 F ). Тренд ОП на рис. 3 F указывает на то, что в середине наностержня накапливается больше (Li ⁺ -W ⁵⁺ ) центров окраски, чем на его концах, даже несмотря на отсутствие наблюдаемых структурных градиентов вдоль наностержня в СЭМ-изображения (рис. 3 D ). Интересно, что наклон градиента центра окраски больше для наностержней с большими значениями ΔOD ^max (рис.3 G ). Одним из объяснений градиента центра окраски (Li ⁺ -W ⁵⁺ ) является поверхностный ступенчатый градиент, который распространяется от середины наностержня к концам, о чем свидетельствует изображение отдельных наностержней из одного и того же образца с помощью просвечивающей электронной микроскопии. ( Приложение SI , рис. S7). Высокоступенчатые поверхности имеют больше мест внедрения ионов лития, чем гладкие поверхности, и, следовательно, больше оптически активных участков поверхности на геометрическую площадь, чем совершенный кристалл ( SI Приложение , рис.S8 A и B ). Поскольку наностержни растут наружу от предварительно сформированного ядра (37, 38) и скорость роста различных плоскостей кристалла различается (37), то вдоль боковых граней наностержня (39) может развиваться градиент дефектов с наибольшей плотностью дефектов в центре наностержня. и наименьшая плотность дефектов на концах (40). Другая возможность тренда на рис. 3 C заключается в том, что электрические поля на краях ступеней облегчают перенос ионов лития от концов наностержней к середине по большим гексагональным каналам наностержней h -WO ₃ ( SI Приложение , рис.S8 C ) (41⇓–43).

Определив корреляцию между структурой наностержня и величиной оптической плотности, мы затем исследовали кинетику оптической модуляции на уровне одного наностержня. Интересно, что мы не наблюдали сильной корреляции между кинетическими параметрами OD (например, t90color, t90bleach, t _wait и k _Surf ) и длиной, шириной, геометрической площадью поверхности или объемом частиц ( SI Приложение ). , рис. S9–S11). Тот факт, что t90color, t90bleach, t _wait и k _surf не коррелируют со свойствами объемной структуры, означает, что в электрохромной кинетике преобладают свойства, зависящие от частиц, такие как дефекты.Присутствие примесных атомов и дефектов неизбежно для образцов наноматериалов, даже имеющих общие боковые грани [они также встречаются в объеме WO ₃ (44)]. Наш одночастичный подход позволяет обойти проблему неоднородности частиц, которая является проблемой для обычных ансамблевых измерений, усредняющих различия между частицами.

Мы ожидали увидеть корреляцию между t _wait и длиной наностержня, потому что более длинные наностержни с большим количеством краев ступеней будут иметь больше оптически неактивных TC-сайтов, которые способствуют более длинному t _wait ( SI Приложение , рис. .S8 Б ). Однако время ожидания не зависит от длины наностержня (рис. 4 A ) и других структурных свойств ( SI Приложение , рис. S10). Мы заметили, что оптически активная поверхностная плотность заряда более сильно коррелирует с длиной наностержня, чем оптически неактивная плотность заряда (коэффициент корреляции Пирсона ρ = 0,52 ± 0,06 на рис. 3 B по сравнению с ρ = 0,14 ± 0,07 в SI Приложение , рис. S10 D ). Плотность оптически активного поверхностного заряда сильнее коррелирует с длиной наностержня, чем плотность неактивного заряда, предположительно потому, что ( i ) большие гексагональные туннели вмещают больше ионов Li, чем маленькие туннели с треугольными полостями (45) и ( ii ) Li- перенос ионов более эффективен в больших открытых гексагональных туннелях, чем в меньших треугольных туннелях (43).Независимо от основной причины, по которой t _ждут и оптически неактивный поверхностный заряд не зависит от длины, большой разброс времени ожидания, от 100 мс до 20 с (рис. 4 A , , вставка ), имеет большое значение. потому что частицы с более длительным временем ожидания снижают эффективность окрашивания; никакого изменения оптической плотности не происходит, даже если в наностержни вводится заряд.

Кинетика окрашивания и обесцвечивания на уровне отдельных частиц. ( A ) Время ожидания оптической модуляции в зависимости от длины наностержня (ρ = −0.11 ± 0,07). Врезка показывает распределение времени ожидания. ( B ) Окрашивание в зависимости от кинетики обесцвечивания; t90color по сравнению с t90bleach (ρ = 0,65 ± 0,04). ( C ) t90color по сравнению с k _Surf (ρ = -0,38 ± 0,06). Черные кружки в A – C представляют данные для отдельных наностержней, а красная линия представляет собой линейную аппроксимацию, показывающую общую тенденцию. Планки погрешностей в A и C определены в SI, Приложение , раздел 16.

Максимальная оптическая плотность частицы не коррелирует с ее окраской и кинетикой обесцвечивания; частицы, которые окрашиваются быстрее, не обязательно окрашиваются в более темный цвет ( SI Приложение , рис. S11). Вместо этого на рис. 4 B показано, что окрашивание и кинетика обесцвечивания сильно коррелированы (т. е. положительный коэффициент корреляции Пирсона), что указывает на то, что частицы, которые окрашиваются быстрее, также быстрее обесцвечиваются. Времена оптической модуляции чрезвычайно неоднородны; некоторые наночастицы достигают 90% модуляции оптической плотности за 12 с, тогда как другим наночастицам требуется 275 с.Самым сильным предиктором быстрого окрашивания в этих h -WO ₃ NR является быстрая псевдоемкостная кинетика переноса заряда (рис. 4 C ). Тенденция на рис. 4 C предполагает, что введение ионов лития на границе раздела WO ₃ /электролит, а не диффузия ионов лития во внутреннюю часть WO ₃ , объясняет большие неоднородности в кинетике окрашивания/обесцвечивания на одночастичный уровень, вероятно, из-за зависящей от частиц ступенчатой ​​структуры поверхности (например,г., Приложение СИ , рис. S7).

Хотя наш подход не измеряет электрохимический ток на уровне отдельных наночастиц, это очевидное экспериментальное ограничение не ограничивает выводы относительно структурно-функциональных взаимосвязей нашего исследования. Независимо от электрохимического тока, протекающего через отдельные частицы, мы по-прежнему измеряли, что более длинные наностержни имеют более темный оттенок, чем более короткие наностержни, а более длинные наностержни демонстрируют градиент центра окраски. Эти отношения структура/свойство сохраняются независимо от электрохимического тока, протекающего через наночастицы.Важно отметить, что все приведенные выше наблюдения были сделаны для отдельных частиц, прикрепленных к одному и тому же электроду ITO, погруженных в один и тот же электролит и расположенных на расстоянии всего микрона друг от друга.

Роль межфазных границ между частицами в электрохромной динамике и обратимости.

Чтобы выяснить, сохраняются ли электрохромные свойства строительных блоков наночастиц в тонкопленочных электродах, мы изучили, как электрохромная динамика и обратимость масштабируются с количеством взаимодействий между частицами по мере того, как строительные блоки собираются в тонкопленочный электрод.Для этого мы сравнили траектории ΔOD( t ) одиночных частиц с траекториями, измеренными для кластеров частиц, содержащих два, три, четыре или пять наностержней h -WO ₃ . Кроме того, были измерены траектории ΔOD( t ) крупных кластеров (от 25 до 100 частиц) и тонкопленочного электрода. Например, на рис. 5 A показано СЭМ-изображение кластера, содержащего три наностержня h -WO ₃ , а на рис. 5 B и C показан его нормированный отклик ΔOD( t ) (черный след) по сравнению со средней траекторией 98 изолированных наностержней h -WO ₃ (синий след). SI Приложение , на рис. S12 показаны репрезентативные изображения SEM и ответы ΔOD( t ) для кластеров всех размеров. Кластер из трех частиц показал аналогичную динамику ΔOD( t ) по сравнению с одиночными частицами (рис. 5 B и C ) и качественно обратимое электрохромное поведение (рис. 5 D ). Для больших кластеров наночастиц (рис. 5 E – H ) и тонкопленочного электрода (рис. 5 I – L ) кинетика и обратимость ΔOD( t ) отклоняются от одночастичных строительные блоки.

Электрохромная динамика и обратимость кластеров наностержней и тонких пленок. ( A ) СЭМ-изображение кластера частиц, состоящего из трех наностержней. ( B и C ) ΔOD( t ) траектория кластера в ( A , черный след) по сравнению со средней траекторией 102 одиночных наностержней (синий след). ( D ) ΔOD( t ) траектория кластера в A в течение трех последовательных циклов окраски и обесцвечивания.Пунктирная горизонтальная линия в D представляет ΔOD в 0 с. E – L такие же, как A – D , но для большого кластера из 25-100 частиц и тонкопленочного электрода соответственно. (Шкала: A и E , 1 мкм; I , 10 мкм.)

электрохромные циклы, которые не возвращаются в исходное прозрачное состояние для 298 кластеров и 894 циклов ( SI Приложение , раздел 15).Величина окраски, зависящая от размера кластера, не анализировалась, поскольку OD зависит от толщины кластера, и было трудно измерить толщину кластера с помощью изображений СЭМ и атомно-силовой микроскопии. Рис. 6 A показывает, что t90color и t90bleach не зависят от межчастичных взаимодействий в пределе малых кластеров (от двух до пяти частиц), но затем оба параметра увеличиваются для больших кластеров и тонкопленочного электрода. Электрохромная динамика кластеров малых частиц, по-видимому, не изменяется, поскольку каждая частица внутри кластера остается в контакте с ITO-электродом и жидким электролитом.По мере увеличения числа взаимодействий частица-частица (т. е. для кластеров от 25 до 100 частиц и тонкопленочного электрода) кинетика оптической модуляции уменьшается, поскольку электроны и ионы лития должны пересекать несколько границ раздела частица-частица. С другой стороны, альтернативная возможность заключается в том, что одна аномальная одиночная частица в одном большом кластере наночастиц доминирует в отклике OD( t ), потому что мы наблюдали, что кинетика OD( t ) аномальных частиц поразительно похожа на большие кластеры и тонкопленочный электрод ( СИ Приложение , рис.С2). Однако остается неясным, в какой степени одна аномальная частица влияет на кинетику и обратимость всего кластера.

Роль межчастичных взаимодействий в электрохромной динамике и обратимости. ( A ) t90color и t90bleach в зависимости от размера кластера частиц. F — тонкая пленка наностержней; L, крупные скопления (>25 частиц). ( B и C ) Доля циклов необратимого отбеливания ( C ) и окрашивания ( B ) в зависимости от размера кластера частиц.Общее количество кластеров, проанализированных для размеров 2, 3, 4, 5 и> 25, составило 134, 72, 41, 32 и 19 соответственно. Столбики ошибок в A – C представляют собой стандартную ошибку среднего. ( D и E ) СЭМ-изображение кластера из двух частиц с конфигурацией «бок о бок» (площадь контакта) и «верх и низ» (точечный контакт). (Шкала, 1 мкм.) ( F ) Доля циклов необратимого окрашивания и обесцвечивания для 81 расположенного рядом кластера (всего 243 цикла) и 30 кластеров сверху и снизу (всего 90 циклов).

В то время как скорость окрашивания не зависит от размера кластера частиц в режимах с несколькими частицами, частота циклов необратимого обесцвечивания монотонно увеличивается при взаимодействии частиц друг с другом (рис. 6 B ). Другими словами, большие кластеры частиц остаются окрашенными после обработки анодной поляризацией. Этот устойчивый окрашивающий эффект объясняется захватом ионов тонкими пленками WO ₃ (46). Для этих наностержней h -WO ₃ необратимый эффект отбеливания возникает для двух кластеров размером с частицу из-за (Li-W ⁵⁺ ) центров окраски, которые остаются захваченными на границе раздела наностержень–наностержень.Места захвата на границе раздела фаз могут быть связаны с внедрением ионов лития в поверхностные участки W = O на соседних частицах (47), что приводит к более стабильному взаимодействию типа LiO _x ( SI Приложение , рис. S7 C ) . Хотя точный сайт захвата в настоящее время неизвестен, наши результаты показывают, что внешние сайты захвата ионов вводятся на границах раздела между частицами; сайт захвата не принадлежит наностержню. С другой стороны, обратимость электрохромного окрашивания не зависит от межчастичных взаимодействий в одночастичных и малочастичных кластерных режимах, а затем резко возрастает для больших кластеров и тонкопленочного электрода (рис.6 С ). Эта тенденция может быть связана с захваченными (Li-W ⁵⁺ ) центрами окраски на границах раздела частиц, которые уменьшают количество доступных мест связывания ионов лития в последовательных циклах.

Чтобы изучить, как площадь межфазного контакта между наностержнями влияет на электрохромную обратимость, мы проанализировали электрохромную обратимость двухчастичных кластеров с конфигурациями площади и точечного контакта. На рис. 6 D показано репрезентативное СЭМ-изображение кластера из двух частиц, где наностержни выстраиваются в конфигурации бок о бок.На рис. 6 E показан кластер из двух частиц в конфигурации «верх-низ», где один наностержень лежит поверх другой частицы. Конфигурация «бок о бок» имеет большую площадь контакта частиц с частицами, чем конфигурация «верх и низ» (см. дополнительные примеры в SI, Приложение , рис. S13). Кластеры из двух частиц с контактами бок о бок демонстрируют менее необратимое окрашивание и более необратимое обесцвечивание, чем кластеры с точечными контактами (см.6 Ф ). Мы приписываем увеличение необратимого электрохромного поведения большой площади межфазного контакта, которая вводит больше посторонних участков захвата ионов между двумя наностержнями. Разница в обратимости окраски между различными конфигурациями кластеров, вероятно, связана с различиями в пути инжекции электронов. Путь инжекции электронов для конфигурации «бок о бок» подобен изолированным наностержням; электрод ITO контактирует с каждым наностержнем в кластере по всей боковой стенке наностержня (рис.6 А ). Путь для конфигурации «верх-низ» происходит в конечных точках наностержня (либо на границе раздела наностержень-наностержень, либо на границе раздела ITO-наностержень). Возможно, эффективность инжекции электронов на границе раздела наностержень–наностержень снижается с увеличением номера цикла из-за накопления захваченных ионов на границе раздела твердое тело–твердое тело.

Двухчастичные кластеры с контактами большой площади модулируют из просветленного состояния в окрашенное более обратимо, чем из окрашенного состояния в просветленное (рис.6 Ф ). Мы наблюдали противоположный эффект для двухчастичных кластеров с точечными контактами; кластер модулирует из окрашенного состояния в обесцвеченное состояние более обратимо, чем из обесцвеченного состояния в окрашенное состояние. Точное происхождение этих тенденций в настоящее время неизвестно, поскольку места и механизмы захвата ионов, вероятно, различаются в процессах окрашивания и обесцвечивания (48). Возможно, разные контакты частица-ITO и частица-частица для каждой конфигурации кластера по-разному влияют на обратимость окрашивания и обесцвечивания.

Таким образом, наши измерения выявили лежащие в основе электрооптические процессы, которые способствуют неоднородности характеристик пленок с электрохромными наночастицами большой площади. Во-первых, время ожидания окрашивания, зависящее от частиц, увеличивает время задержки тонирования окон и снижает эффективность электрохромного окрашивания. Общий эффект производительности заключается в том, что окно постепенно окрашивается в пространстве и времени, поскольку частицы стохастически переключаются одна за другой из прозрачного состояния в цветное.Во-вторых, отдельные строительные блоки наночастиц могут окрашиваться на 400% быстрее, чем пленка наночастиц, собранная из тех же строительных блоков. Наконец, на границах раздела между частицами появляются участки захвата ионов, которые вызывают долговременное ухудшение оптических характеристик. Мы предлагаем решить эти проблемы с помощью мезопористой тонкопленочной архитектуры, в которой быстро переключающиеся электрохромные наночастицы осаждаются на прозрачный проводник с большой площадью поверхности ( SI Приложение , рис. S14).Эта стратегия позволит полностью поглощать свет одиночными слоями частиц WO ₃ , тем самым избегая вредных взаимодействий между частицами. Наш подход к визуализации электрохромизма отдельных частиц в целом можно применять к оксидам переходных металлов (49, 50), графиту (51, 52) и материалам аккумуляторов Ni(OH) ₂ (53), оптические свойства которых изменяются при внедрении ионов. Электрооптическая визуализация отдельных частиц процессов ввода/вывода ионов может служить ориентиром для прикладных исследований, связанных с батареями, топливными элементами, электрохимическими конденсаторами и датчиками.

Методы

Синтез и характеристика материалов.

Гексагональные WO ₃ наностержня были синтезированы посредством гидротермальной реакции в соответствии с Wang et al. (37). Структурная характеристика на уровне ансамбля ( SI Приложение , раздел 1) показывает, что эти наностержни имеют гексагональную кристаллическую структуру, и мы предполагаем, что частицы имеют морфологию квадратного прямоугольника (средняя длина = 1,02 ± 0,54 мкм и ширина = 0,10 ± 0,04 мкм). ; n = 258 частиц), в согласии с Wang et al.(37).

Измерения электрохромизма одиночных наночастиц и анализ изображений.

Все электрохимические измерения проводились в 1 М LiClO ₄ в пропиленкарбонате в трехэлектродной микрофлюидной электрохимической ячейке с использованием противоэлектрода из Pt-проволоки и электрода сравнения Ag/AgCl. Электрохимическую ячейку устанавливали на предметный столик инвертированного оптического микроскопа (Olympus IX73; рис. 1 A ). Подробная информация о подготовке проточной кюветы и процедурах электрооптической визуализации представлена ​​в SI, Приложение , раздел 14.Стеки передаваемых изображений (54) обрабатывали с использованием написанной в домашних условиях программы MATLAB ( SI, Приложение , раздел 15). Необработанные данные и коды обработки изображений, необходимые для воспроизведения траекторий OD, доступны для загрузки с https://lib.colostate.edu/find/csu-digital-repository/.

Моделирование ΔOD(

Приложение SI , раздел 16 описывает электрохимическую модель для определения оптически активного и неактивного поверхностного заряда, а также подробные процедуры подбора.Вкратце, ΔOD( t ) _d пропорциональна зависящей от времени концентрации (Li-W ⁵⁺ ) центров окраски, Δ c ( t ), согласно ссылке. 55:ΔOD(t)d=Δc(t)ε940/d,[2]

где ε ₉₄₀ — молярный коэффициент поглощения WO ₃ при 940 нм (1 × 10 ⁶ см ² /моль) (45). Для этих электродов h -WO ₃ NR/ITO Δ c ( t ) равно сумме интегральных потоков ионов лития в оптически активные поверхностные (Jsurfactive) и объемные (Jbulk) участки и дается исх.36 и 56. ]

где A — амплитуда псевдоемкостного потока литий-иона, k _surf — константа скорости поверхностной реакции переноса заряда, Q _max — общий заряд, переносимый в объеме Реакция интеркаляции ионов лития и параметр подбора D’=QmaxDLi+/dπ, где D _Li+ — коэффициент диффузии ионов лития в WO ₃ .Мы предполагаем, что D _Li+ не зависит от содержания вставок ионов Li (36). H ( t − t _{ожидание} ) — это функция Хевисайда , которая включает быстрое псевдоемкостное окрашивание , чтобы соответствовать функции всплеска OD , которая начинается в t _{ожидание} .

Регулируемые тонированные окна теперь с электронным управлением

Выбор степени затемнения для тонированных стекол, от светлого до темного, поворотом ручки теперь возможен благодаря новому процессу, разработанному в лаборатории Криса Барила в Научном колледже с использованием оксида никеля, ионов лития и гелеобразного электролита.

Динамические окна, иногда называемые «умными окнами», уменьшают блики, не мешая обзору, и повышают энергоэффективность зданий и автомобилей, а также экономят затраты на освещение, отопление и охлаждение.

«Прямо сейчас, за одну минуту мы можем равномерно переключаться между чистым состоянием и состоянием, блокирующим 94 процента света», — сказал Бариле, профессор химического факультета Колледжа наук. «В ходе лабораторных испытаний мы меняли стекло между непрозрачным и прозрачным не менее 4000 раз без существенного ухудшения качества, и они совместимы с гибкими слоями.»

Когда к стеклу прикладывается напряжение, электрохромные материалы меняют цвет, поэтому при приложении электрического заряда оксид никеля становится темным, а слой ионов лития еще больше затемняет стекло — и темнота меняется в зависимости от количества электрического заряда применяемый.

Этот новый класс динамических окон, разработанный Бариле и его командой, сочетает в себе обратимое электроосаждение металла с химией внедрения ионов, включает в себя слои оксида никеля, ионов лития и гелевого электролита, покрывающего внутреннюю часть окна с двойным остеклением.Когда на эти слои подается ток, оксид никеля поглощает ионы лития и становится непрозрачным. Ток также заставляет ионы электролита образовывать металлические отложения на другом стекле, что блокирует еще больше света. Ни один из этих двух эффектов не имеет сильного искажения цвета, устраняя цветовой оттенок, наблюдаемый в существующих версиях динамических окон.

Единая природа переключения устройств позволяет этим окнам получать доступ к любому промежуточному состоянию серого, сохраняя при этом эстетически приятный вид через окно.

Динамические окна широко исследуются, но они не получили широкого коммерческого применения из-за проблем, связанных с цветом, стоимостью, скоростью переключения и долговечностью.

«Есть много возможностей для коммерциализации, начиная от жилых окон и заканчивая автомобильными люками и солнцезащитными очками», — сказал Бариле. «Мы поговорили с десятками компаний, которые заинтересованы в технологии, и мы также могли бы запустить собственную стартап-компанию. Прямо сейчас мы пытаемся максимально снизить риск технологии и оценить, какие варианты делают самый смысл.»

Техника Бариле использует оптические свойства металлов, облегчая движение ионов по стеклу, что позволяет создавать устройства в больших масштабах. Короче говоря, эта архитектура позволяет окнам переключаться быстро и равномерно.

На данный момент лаборатория масштабировала технологию до куска стекла размером 4 на 4 дюйма.

«Расширение масштабов — это серьезная задача, — сказал Бариле. «Мы хотели бы построить окна площадью в несколько квадратных футов, но нам нужно, чтобы наши небольшие лабораторные прототипы переключались быстрее, прежде чем мы доберемся до этой точки.Если мы сможем спроектировать окна в лаборатории, которые переключаются за несколько секунд, мы сможем спроектировать настоящие окна в промышленных условиях, которые переключаются за несколько минут.»

Результаты исследования показывают, что гибридные динамические окна на металлической основе являются перспективной альтернативой окнам на основе традиционных электрохромных материалов.

«Я думаю, что мы действительно превзошли наши собственные ожидания относительно того, насколько быстро продвигаются исследования», — сказал Бариле. «Применение обратимого электроосаждения металла к «умным» окнам — это почти полностью неосвоенное направление исследований, и в настоящее время у нас больше хороших идей, чем у нас есть время для изучения.Новизна подхода позволила нам сосредоточиться на нескольких очень хороших идеях и извлечь из них максимальную пользу».

Вместе с Бариле над проектом работают трое аспирантов, в том числе Шакирул Ислам, который работал над недавно опубликованной научной статьей. Три магистранта работают над другими аспектами работы с окнами.

«Невероятно увлекательно каждый день ходить в лабораторию, зная, что в любой момент у нас есть возможность построить рекордное устройство», — сказал Бариле.

Научная статья об их проекте была опубликована 25 февраля в журнале Nature Energy. Авторами статьи являются Бариле, Шакирул Ислам из Университета Невады, Научного колледжа Рино, Тайлер Эрнандес с химического факультета Стэнфордского университета и Майкл МакГихи с факультета химической и биологической инженерии и Университета Колорадо.