В Петербургском политехе создали умные стекла, которые могут снизить потребление электроэнергии зданиями на 20–40%. Для этого специалисты улучшили технологию производства электрохромных материалов, способных обратимо менять свою прозрачность и другие оптические свойства под действием электрического тока.
Обычно в электрохромных стеклах используют жидкий электролит. Из-за этого стекла получаются тяжелыми, недолговечными и сложными в производстве. Политехники разработали электрохромный материал, в которых электролит твердый. Благодаря новой структуре можно варьировать толщину стекла и использовать его при колебаниях температуры, влажности и давления.
Материал представляет собой композит, по структуре напоминающий пирог. При этом толщина каждого «коржа» составляет несколько нанометров: два прозрачных электрода, электрохромный слой из оксида никеля или кобальта (отвечает за изменение оптических свойств), электролитный слой и слой для хранения ионов (их «депо» нужно, чтобы стекло могло много раз обратимо менять свои свойства). «Начинка» размещается между двумя стеклянными подложками.
Слои сформировали методами электронно-лучевого и магнетронного напыления, а также атомно-слоевого осаждения для получения максимально однородного материала. Комбинация методов позволила варьировать толщину слоев.
Специалисты протестировали материал с электрохромным слоем оксида никеля и твердым пористым электролитом из оксида индия-олова. Один из образцов сохранил способность затемняться и пропускать свет на 66% даже после тысячи циклов изменения оптических свойств — это превосходит показатели аналогичных зарубежных разработок.
Ученые подсчитали: если заменить стекла в здании на умные, за счет их автоматической подстройки под погодные условия удастся снизить энергопотребление на 20–40%. Хотя сами стекла будут потреблять в среднем 3–7 ватт-часов энергии на квадратный метр, экономия от уменьшения расходов на кондиционирование и отопление помещений окажется больше.
