Smart glas ( eng. smart fönster , namnen används också: "smart glas", "elektrokromiskt glas", "glas med föränderliga egenskaper") är en sammansättning av lager av glas och olika kemiska material som används i arkitektur och tillverkning för tillverkningen av genomskinliga strukturer ( fönster , skiljeväggar, dörrar , etc.), ändra dess optiska egenskaper (opalescens ( dis ), ljustransmissionskoefficient, värmeabsorptionskoefficient, etc.) när yttre förhållanden ändras, till exempel belysning , temperatur eller när en elektrisk spänning appliceras .
Olika typer av glaskompositer är baserade på fotokemiska fenomen förknippade med en förändring i transmissionsegenskaper när yttre förhållanden förändras: förändringar i ljusflöde ( fotokromism ), temperatur ( termokromism ), elektrisk spänning ( elektrokromism ).
Vissa enheter med flytande kristaller ( LCD ) kan, när de är i termotropiskt tillstånd, ändra mängden ljus som sänds ut när temperaturen stiger. Volfram med tillsats av vanadindioxid VO 2 reflekterar infraröd strålning när temperaturen stiger över 29 ° C, vilket blockerar solstrålning genom fönstret vid höga utomhustemperaturer.
Dessa typer av glas kan inte kontrolleras. Elektriskt styrda smarta glasfönster kan också ändra egenskaper beroende på yttre förhållanden ( ljusintensitet eller temperatur) med hjälp av lämpliga sensorer , såsom en termometer eller fotosensorer.
Smarta glasögon inkluderar även självrengörande eller automatiskt öppnande (eller automatiskt stängande ) fönster för ventilation, till exempel efter tid eller av en signal från en regnsensor . Ibland inkluderar dessa specifika glasrutor, såsom projektionsglas (baserat på diffus eller liknande teknik), ljudglas (där hela glasets yta är en högtalare, som gör att du kan fylla rummet med enhetligt ljud), pekglas (som svarar att röra för hand eller en speciell pekare) och elektriskt uppvärmt glas (uppvärmning sker jämnt över hela området - inte att förväxla med bilar, där trådformiga värmeelement används).
De viktigaste teknikerna för smart glas:
Smart glas låter dig minska värmeförlusten, minska kostnaderna för luftkonditionering och belysning , tjäna som ett alternativ till persienner och mekaniska skuggskärmar, gardiner. I ett transparent tillstånd överför inte flytande kristaller eller elektrokemiskt smart glas ultraviolett strålning ; partikelformigt smart glas kräver användning av speciella beläggningar för att blockera ultraviolett ljus.
De största nackdelarna med smart glas är relativt höga kostnader, behovet av att använda elektrisk spänning, hastigheten för att växla mellan tillstånd (särskilt elektrokromt glas), opalescens (dis) eller mindre transparens jämfört med vanligt glas. Det bör noteras att den senaste generationens smarta glas har en lägre nivå av opalescens jämfört med de tidigare och kan styras av en säker lågspänningskälla från 12 till 36 volt.
I polymerdispergerade flytande kristallanordningar ( PDLC eller LCD), sönderdelas flytande kristaller till sina beståndsdelar eller dispergeras till en flytande polymer; sedan härdas eller fixeras polymeren.
Under övergången av polymeren från flytande till fast tillstånd blir flytande kristaller oförenliga med den fasta polymeren och bildar droppar (inneslutningar) i polymeren. Fixeringsförhållandena påverkar storleken på dropparna, vilket i sin tur leder till att det smarta glasets egenskaper förändras.
Vanligtvis är en flytande blandning av polymer och flytande kristaller inklämd mellan två lager av glas eller plast , med ett tunt lager av transparent ledande material applicerat för att ge spänning och stelna polymeren. Denna grundläggande "sandwich"-struktur av smart glas är en effektiv diffusor. Strömförsörjningen från källan är ansluten till elektroder gjorda av kopparfolie med ett lager av elektriskt ledande lim i kontakt med det ledande lagret av filmen.
Utan spänning arrangeras flytande kristaller slumpmässigt i droppar, vilket gör att parallella ljusstrålar sprids.
När ström appliceras, orsakar ett elektriskt fält mellan två genomskinliga elektroder på glaset att de flytande kristallerna riktas in, vilket tillåter ljus att passera genom dropparna med mycket liten spridning. Glaset blir genomskinligt. Graden av transparens kan styras av den pålagda spänningen. Detta är möjligt på grund av det faktum att vid låga spänningar kan endast en del av de flytande kristallerna rikta in sig helt i det elektriska fältet, och endast en liten del av ljuset passerar genom glaset utan distorsion, medan det mesta sprids. När spänningen ökar förblir färre kristaller oinriktade, vilket resulterar i mindre ljusspridning.
Det är också möjligt att kontrollera mängden ljus och värme som passerar genom glaset genom att använda färgämnen och speciella extra inre lager. Det är också möjligt att skapa brand- och antistrålningsversioner för användning i speciella enheter.
Al Coat Ltd. (ett amerikanskt forskningscenter ) har visat att en bild kan formas i genomskinliga elektroder eller i polymer, vilket möjliggör produktion av skärmanordningar och dekorativa fönster. De flesta enheter som erbjuds idag fungerar endast i PÅ- eller AV-lägen, även om tekniken för att ge olika nivåer av transparens är lätt att implementera.
Den här tekniken används för installationer inomhus och utomhus (t.ex. mötesrum, medicinska intensivvårdsrum, badrum, duschar) och projektor på baksidan .
Strömförbrukningen för PDLC-film är 4÷5 W/m2 [1] .
Det finns 3 färger av PDLC-film: mjölkvit, mjölkgrå och mjölkblå. Baserat på PDLC-filmer tillverkas smart glas med triplexmetoden. Produkter gjorda av smart glas har ökade krav på sin skötsel, användning av aggressiva föreningar och vätskor, ökad mekanisk stress kan leda till effekten av smart glasdelaminering.
I suspenderade partikelanordningar (SPD) placeras en tunn film av skiktade material av stavformade partiklar suspenderade i en vätska mellan (eller fäst vid) två lager av glas eller plast. Om ingen spänning appliceras, är de suspenderade partiklarna slumpmässigt orienterade och absorberar ljus så att glaset ser mörkt (ogenomskinligt), blått eller mindre vanligt grått eller svart ut.
Om spänning appliceras kommer de suspenderade partiklarna i linje och låter ljus passera igenom. Partikelformigt smart glas kan byta omedelbart och tillåter exakt kontroll av mängden ljus och värme som överförs. En liten men konstant ström behövs hela tiden medan det smarta glaset är i transparent tillstånd.
Elektrokroma eller elektrokroma anordningar ändrar genomskinligheten hos ett material när en spänning appliceras och styr därigenom mängden ljus och värme som överförs: tillståndet växlar mellan ett färgat, genomskinligt tillstånd (vanligtvis blått) och genomskinligt. Nyanser i "mörkt" tillstånd kan vara från den mest mättade toningen till en knappt märkbar skuggning. Normalt behövs en strömförsörjning endast för att ändra graden av transparens, men efter att tillståndet har ändrats finns det inget behov av strömförsörjning för att bibehålla det uppnådda tillståndet.
Nedbländningen sker i kanterna, att flytta inåt är en långsam process, som tar från många sekunder till flera minuter beroende på fönstrets storlek ("regnbågseffekt").
Elektrokemiska material används för att kontrollera mängden ljus och värme som passerar genom fönstren och används inom bilindustrin för att automatiskt dämpa backspeglar i bilar under varierande ljusförhållanden. Det elektrokroma glaset ger synlighet även i mörkt tillstånd och bibehåller därmed visuell kontakt med den yttre miljön. Detta används i små applikationer som backspeglar. Elektrokromatisk teknologi kan även användas inomhus, som att skydda föremål under glas i ett museum och målningar från de skadliga effekterna av ultravioletta och synliga ljusvågor.
Ett exempel på ett elektrokromt material är polyanilin , som kan skapas elektrokemiskt eller genom kemisk oxidation av anilin . När elektroden är nedsänkt i saltsyra med en liten blandning av anilin, bildas en polyanilinfilm på den. Beroende på redoxtillståndet kan polyanilin bli gult eller mörkgrönt/svart. Andra elektrokroma material som används i praktiken är viologer och volframoxid WO 3 , som finner den största användningen vid tillverkning av elektrokroma eller smarta glasögon.
Viologen används i kombination med titandioxid TiO 2 för att skapa små digitala displayer . Dessa förväntas ersätta LCD-skärmar, eftersom viologen (vanligtvis mörkblå) kontrasterar med ljus titan, vilket ger hög skärmkontrast .
Nya framsteg inom elektrokroma material relaterade till elektrokroma övergångsmetallhydrider har lett till utvecklingen av reflekterande hydrider som blir mer reflekterande än absorberande genom att växla mellan "transparent" och "spegel" tillstånd.
Smart glas tillverkas genom att triplexa två eller flera skivor av glas, polykarbonat eller en kombination av båda. Följande tekniker [2] för tillverkning av smarta glaspaneler beroende på vilken typ av lamineringsfilm som används är vanligast:
Smart glas kan användas i både utomhus- och inomhusinstallationer. Till exempel fungerar en enorm smart glasskärm med växlande dis som en display på Guinness Storehouse ( Dublin ). Nissan Micra CC-annonskampanjen i London innehöll smarta glaslådor med fyra paneler som ändrade opaciteten i följd för att skapa en slående reklaminstallation på stadens gator.
Ett exempel på rationell användning av det vanligtvis begränsade museiutrymmet är montrar och inhägnader som förvandlas till multimediaskärmar. Ett projekt av denna typ har realiserats i den ryska delen av Auschwitz-Birkenau museumsutställning i Oswiecim , Polen .
Ett annat exempel på användning är en enorm glaskub som kan flyttas ut från ett bostadstorn på en höjd av 88 våningar (Eureka Towers, Melbourne , Australien ). Kuben rymmer 13 personer. När det når 3 m blir glaset genomskinligt, vilket gör att besökare kan se Melbourne från en höjd av 275 m. [3]
Den huvudsakliga användningen av smarta glas är invändiga skiljeväggar och dörrar, som många företag använder för att organisera konfidentiella mötesrum. I det normala tillståndet är sådana lokaler en del av det interna utrymmet på kontoret, men fungerar om nödvändigt som ett privat utrymme. Samma funktion utförs av smartglas på sjukhus för att organisera patientundersökningsrum. Smartglas används också i bankernas kassautrymmen, i rekreationsområden och provrum i butiker.
I annonserna används smarta glasmontrar som vetter mot gatan för presentationer och reklam. Vid behov kan smart glas bli genomskinligt för att se interiören av rummet eller utställda prover (kläder, bilar etc.), eller matt och användas som en projektionsduk.
Boeing 787 Dreamliner använder elektrokroma fönster för att ersätta flygplanets fönsterluckor. NASA överväger att använda elektrokrom glas för temperaturkontroll i de nya rymdfarkosterna Orion och Altair .
Smart glas används även i vissa småseriebilar. Till exempel har Ferrari 575 M Superamerica ett smart glastak; samma alternativ finns i Maybach- fordon .
Smarta glaspaneler gjorda med en speciell ljudabsorberande PVB-film används för akustisk zonindelning av rum för olika ändamål.