Sticla inteligentă ( ing. fereastră inteligentă , sunt folosite și denumirile: „sticlă inteligentă”, „sticlă electrocromă”, „sticlă cu proprietăți în schimbare”) este un compus din straturi de sticlă și diverse materiale chimice utilizate în arhitectură și producție pentru fabricare a structurilor translucide ( ferestre , pereți despărțitori, uși etc.), modificându-și proprietățile optice (opalescență ( ceata ), coeficientul de transmisie a luminii, coeficientul de absorbție a căldurii etc.) atunci când condițiile externe se modifică, de exemplu, iluminarea , temperatura sau la alimentaretensiune electrică .
Diverse tipuri de compozite din sticlă se bazează pe fenomene fotochimice asociate cu o modificare a proprietăților de transmisie atunci când condițiile externe se modifică: modificări ale fluxului luminos ( fotocromism ), temperatură ( termocromism ), tensiune electrică ( electrocromism ).
Unele dispozitive cu cristale lichide ( LCD ), atunci când sunt în stare termotropă, pot modifica cantitatea de lumină transmisă pe măsură ce temperatura crește. Tungstenul cu adaos de dioxid de vanadiu VO 2 reflectă radiația infraroșie atunci când temperatura crește peste 29 ° C, blocând radiația solară prin fereastră la temperaturi exterioare ridicate.
Aceste tipuri de geamuri nu pot fi controlate. De asemenea, ferestrele din sticlă inteligentă controlate electric pot modifica proprietățile în funcție de condițiile externe ( intensitatea luminii sau temperatură) folosind senzori corespunzători , cum ar fi un termometru sau fotosenzori.
Ochelarii inteligenți includ, de asemenea, geamuri cu autocurățare sau deschidere automată (sau închidere automată ) pentru ventilație, de exemplu, în funcție de timp sau printr-un semnal de la un senzor de ploaie . Uneori acestea includ geamuri specifice, cum ar fi sticla de proiectie (pe baza de tehnologii difuze sau similare), sticla de sunet (în care întreaga suprafață a sticlei este un difuzor, care vă permite să umpleți camera cu un sunet uniform), sticlă tactilă (răspunzând pentru a atinge cu mâna sau un indicator special) și sticlă încălzită electric (încălzirea are loc uniform pe întreaga zonă - a nu fi confundat cu autovehicule, unde se folosesc elemente de încălzire filamentoase).
Principalele tehnologii ale sticlei inteligente:
Sticla inteligentă vă permite să reduceți pierderile de căldură, să reduceți costul aerului condiționat și al iluminatului , să servească drept alternativă la jaluzelele și ecranele de umbrire mecanice, perdele. În stare transparentă, cristalele lichide sau sticla inteligentă electrochimică nu transmit radiații ultraviolete ; sticla inteligentă cu particule necesită utilizarea unor acoperiri speciale pentru a bloca lumina ultravioletă.
Principalele dezavantaje ale sticlei inteligente sunt costul relativ ridicat, necesitatea folosirii tensiunii electrice, viteza de comutare între stări (în special, sticla electrocromică), opalescența (ceata) sau mai puțină transparență în comparație cu sticla obișnuită. De remarcat faptul că sticla inteligentă de ultimă generație are un nivel mai scăzut de opalescență față de cele anterioare și poate fi controlată de o sursă sigură de joasă tensiune de la 12 la 36 Volți.
În dispozitivele cu cristale lichide dispersate cu polimer ( PDLC- uri sau LCD-uri), cristalele lichide sunt descompuse în constituenții lor sau dispersate într-un polimer lichid; apoi polimerul este întărit sau fixat.
În timpul tranziției polimerului de la starea lichidă la starea solidă, cristalele lichide devin incompatibile cu polimerul solid și formează picături (incluziuni) în polimer. Condițiile de fixare afectează dimensiunea picăturilor, ceea ce, la rândul său, duce la o schimbare a proprietăților sticlei inteligente.
În mod obișnuit, un amestec lichid de polimer și cristale lichide este intercalat între două straturi de sticlă sau plastic , cu un strat subțire de material conductor transparent aplicat pentru a furniza tensiune și a solidifica polimerul. Această structură fundamentală „sandwich” a sticlei inteligente este un difuzor eficient. Sursa de alimentare de la sursă este conectată la electrozi din folie de cupru cu un strat de adeziv conductor electric în contact cu stratul conductor al filmului.
Fără tensiune, cristalele lichide sunt aranjate aleatoriu în picături, determinând împrăștierea fasciculelor paralele de lumină.
Când se aplică energie, un câmp electric între doi electrozi transparenți de pe sticlă face ca cristalele lichide să se alinieze, permițând luminii să treacă prin picături cu foarte puțină împrăștiere. Sticla devine transparentă. Gradul de transparență poate fi controlat de tensiunea aplicată. Acest lucru este posibil datorită faptului că la tensiuni joase doar o parte din cristalele lichide se pot alinia complet în câmpul electric și doar o mică parte a luminii trece prin sticlă fără distorsiuni, în timp ce cea mai mare parte este împrăștiată. Pe măsură ce tensiunea crește, mai puține cristale rămân nealiniate, ceea ce duce la mai puțină împrăștiere a luminii.
De asemenea, este posibil să se controleze cantitatea de lumină și căldură care trece prin sticlă folosind coloranți și straturi interioare suplimentare speciale. De asemenea, este posibil să se creeze versiuni anti-incendiu și anti-radiații pentru utilizare în dispozitive speciale.
Al Coat Ltd. (un centru de cercetare din SUA ) a demonstrat că o imagine poate fi formată în electrozi transparenți sau în polimer, permițând producerea de dispozitive de ecran și ferestre decorative. Majoritatea dispozitivelor oferite astăzi funcționează doar în stări ON sau OFF, deși tehnologia de a oferi diferite niveluri de transparență este ușor de implementat.
Această tehnologie este utilizată pentru instalațiile de control al confidențialității interioare și exterioare (de exemplu, săli de ședințe, săli de terapie intensivă medicală, băi, dușuri) și ecran de proiecție spate a proiectorului .
Consumul de energie al filmului PDLC este de 4÷5 W/m2 [1] .
Există 3 culori de film PDLC: alb lăptos, gri lăptos și albastru lăptos. Pe baza filmelor PDLC, sticla inteligentă este realizată prin metoda triplex. Produsele din sticlă inteligentă au cerințe sporite pentru îngrijirea lor, utilizarea de compuși și lichide agresive, stresul mecanic crescut poate duce la efectul delaminarii sticlei inteligente.
În dispozitivele cu particule suspendate (SPD), o peliculă subțire de materiale stratificate de particule sub formă de tijă suspendate într-un lichid este plasată între (sau atașată la) două straturi de sticlă sau plastic. Dacă nu se aplică nicio tensiune, particulele suspendate sunt orientate aleatoriu și absorb lumina, astfel încât sticla să pară întunecată (opac), albastră sau, mai rar, gri sau neagră.
Dacă se aplică tensiune, particulele suspendate se aliniază și permit luminii să treacă. Sticla inteligentă cu particule se poate comuta instantaneu și permite controlul precis al cantității de lumină și căldură transmisă. Este necesar tot timpul un curent mic, dar constant, în timp ce sticla inteligentă este într-o stare transparentă.
Dispozitivele electrocromice sau electrocromice modifică transparența unui material atunci când se aplică o tensiune și controlează astfel cantitatea de lumină și căldură transmisă: starea se schimbă între o stare colorată, translucidă (de obicei albastră) și transparentă. Nuanțele în stare „întunecată” pot fi de la cea mai saturată nuanță până la o umbrire abia vizibilă. În mod normal, o sursă de alimentare este necesară doar pentru a schimba gradul de transparență, dar după ce starea s-a schimbat, nu este nevoie de alimentare pentru a menține starea atinsă.
Reducerea are loc la margini, deplasarea spre interior este un proces lent, care durează de la multe secunde la câteva minute în funcție de dimensiunea ferestrei („efectul curcubeu”).
Materialele electrochimice sunt folosite pentru a controla cantitatea de lumină și căldură care trece prin ferestre și sunt folosite în industria auto pentru a estompa automat oglinzile retrovizoare ale mașinii în diferite condiții de iluminare. Sticla electrocroma ofera vizibilitate chiar si in stare intunecata si mentine astfel contactul vizual cu mediul exterior. Acesta este utilizat în aplicații mici, cum ar fi oglinzile retrovizoare. Tehnologia electrocromică găsește și aplicații în aplicații de interior, cum ar fi protejarea obiectelor sub sticlă într-un muzeu și a picturilor de efectele dăunătoare ale undelor de lumină ultravioletă și vizibilă.
Un exemplu de material electrocromic este polianilina , care poate fi creată electrochimic sau prin oxidarea chimică a anilinei . Când electrodul este scufundat în acid clorhidric cu un mic amestec de anilină, se formează o peliculă de polianilină. În funcție de starea redox , polianilina poate deveni galbenă sau verde închis/negru. Alte materiale electrocromice utilizate în practică sunt viologenii și oxidul de wolfram WO3 , care găsește cea mai mare utilizare în producția de ochelari electrocromi sau smart.
Viologen este utilizat în combinație cu dioxid de titan TiO2 pentru a crea mici afișaje digitale . Acestea sunt de așteptat să înlocuiască ecranele LCD, deoarece viologenul (de obicei albastru închis) contrastează cu titanul deschis, oferind un contrast ridicat al ecranului .
Progresele recente în materialele electrocromice legate de hidrurile electrocromice ale metalelor de tranziție au condus la dezvoltarea hidrurilor reflectorizante care devin mai reflectante decât absorbante prin comutarea între stările „transparente” și „oglindă”.
Sticla inteligentă este produsă prin triplexarea a două sau mai multe foi de sticlă, policarbonat sau o combinație a ambelor. Următoarele tehnologii [2] pentru fabricarea panourilor inteligente din sticlă în funcție de tipul de folie de laminare utilizate sunt cele mai comune:
Sticla inteligenta poate fi folosita atat in instalatii exterioare cat si interioare. De exemplu, un ecran inteligent de sticlă uriaș cu ceață schimbătoare servește ca afișaj la Guinness Storehouse ( Dublin ). Campania publicitară Nissan Micra CC din Londra a prezentat cutii inteligente din sticlă cu patru panouri care și-au schimbat opacitatea în succesiune pentru a crea o instalație publicitară uimitoare pe străzile orașului.
Un exemplu de utilizare rațională a spațiului muzeal de obicei limitat îl reprezintă vitrinele și incintele care se transformă în ecrane multimedia. Un proiect de acest tip a fost realizat în partea rusă a expoziției muzeului Auschwitz-Birkenau din Oswiecim , Polonia .
Un alt exemplu de utilizare este un cub uriaș de sticlă capabil să se mute dintr-o clădire turn rezidențială la o înălțime de 88 de etaje (Eureka Towers, Melbourne , Australia ). Cubul poate găzdui 13 persoane. Când atinge 3 m, sticla devine transparentă, permițând vizitatorilor să vadă Melbourne de la o înălțime de 275 m. [3]
Principala utilizare a sticlei inteligente este peretele interioare și ușile, pe care multe companii le folosesc pentru a organiza săli de întâlnire confidențiale. În stare normală, astfel de spații fac parte din spațiul interior al biroului, dar, dacă este necesar, servesc ca spațiu privat. Aceeași funcție este îndeplinită de sticla inteligentă în spitale pentru organizarea sălilor de examinare a pacienților. De asemenea, sticla inteligentă este folosită în zonele de numerar ale băncilor, în zonele de recreere și cabinele de proba din magazine.
Reclamele folosesc vitrine inteligente din sticlă orientate spre stradă pentru prezentări și reclame. Dacă este necesar, sticla inteligentă poate deveni transparentă pentru a vizualiza interiorul camerei sau mostrele expuse (haine, mașini etc.), sau mată și poate fi folosită ca ecran de proiecție.
Boeing 787 Dreamliner folosește ferestre electrocromice pentru a înlocui obloanele ferestrelor aeronavei. NASA are în vedere utilizarea geamurilor electrocromice pentru controlul temperaturii în noile nave spațiale Orion și Altair .
Sticla inteligentă este, de asemenea, utilizată în unele vehicule de serie mică. De exemplu, Ferrari 575 M Superamerica are un acoperiș inteligent din sticlă; aceeași opțiune se găsește în vehiculele Maybach .
Panourile inteligente din sticlă realizate folosind un film PVB special fonoabsorbant sunt utilizate pentru zonarea acustică a încăperilor în diverse scopuri.