Манипуляции на наноуровне помогут сделать «умное стекло» умнее

Ученые из Колорадского университета предложили новый дизайн умного стекла, ускоряющий работу системы.

Выводы исследования опубликованы в журнале PNAS, сообщает eurekalert.org. Умное стекло – энергоэффективный продукт, встречающийся в новых окнах автомобилей, зданий и самолетов. Материал медленно переходит между прозрачным и затонированным состояниями при нажатии переключателя. Каждый цикл занимает несколько минут, постепенно ухудшая способность поверхности окрашиваться. Химики из Колорадского университета предложили, как повысить скорость работы и прочность умного стекла за счет лучшего понимания механизмов его действия на наноуровне.

Команда придумала альтернативный наномерный дизайн материала. Проект начался с составления заявки на предоставления гранта аспирантом Р. Колби Эвансом, первым автором работы. Он занимался меняющими цвет материалами. Заявка привлекла внимание специалистов, подтолкнув их к опытам, включавшим 2 типа микроскопии. Эванса консультировал Джастин Самбур, старший автор работы.

Специалисты рассматривали «электрохромное» стекло, состоящее из тонких, прозрачных пленок оксида вольфрама. Подача напряжения заставляет двигаться в них ионы лития.

«Это – как батарея, через которую можно видеть», — сказал Эванс.

Панелям из оксида вольфрама требуется 7-12 минут на смену состояний. Авторы рассмотрели наночастицы материала. Эксперименты показали, что они, по отдельности, темнеют в 4 раза быстрее пленок. Это происходит из-за задержки ионов в пространствах между частицами. Со временем застрявший литий ухудшает показатели материала.

Исследователи подтвердили гипотезу с помощью микроскопии светлого поля в проходящем свете и сканирующей электронной микроскопии. Техники позволили получить изображения высокого разрешения длины, ширины и расстояния между наночастицами. Основываясь на результатах экспериментов, авторы предположили, что манипуляции этими переменными позволят улучшить свойства умного стекла. В частности, изменение расстояния между частицами предотвратит захват ионов.

Техника визуализации предлагает новый метод настройки структуры наночастиц и электрохромных свойств. Он может использоваться для исследования батарей, топливных элементов, конденсаторов и датчиков.

«Благодаря Колби, мы разработали способ изучения химических реакций в наночастицах. Уверен, новый инструмент поможет в рассмотрении широкого спектра важных энергетических технологий», — сказал Самбур.