Neue Verwendung für bekanntes Material: Diese Fenster können selektiv Licht und Hitze blockieren

Fenster sind ein absolut notwendiger Bestandteil der meisten Räume. Durch sie können Licht und Wärme ins Innere gelangen. Allerdings möchte man nicht immer beides haben – und manchmal nichts davon. Forscher:innen der North Carolina State University (NCSU) haben nun ein neues Material entwickelt, dass es möglich macht, dass Fenster selektiv Licht und/oder Wärme blockieren können. Das Wechseln zwischen den verschiedenen Modi geht zudem denkbar einfach vonstatten.

Altes Material mit neuer Funktion

Die neuen „dynamischen“ Fenster wären dann in der Lage, zwischen einem transparenten Modus (Licht und Wärme gelangen hindurch), einem Modus, in dem nur Licht, aber keine Wärme hindurch gelangt sowie einem, bei dem es genau anders herum ist, zu wechseln. Damit wäre für jede denkbare Situation der perfekte Modus vorhanden.

Der Schlüssel zu dieser Fähigkeit liegt in einem Material namens Wolframoxid. Dieses wird auch in dynamischen Fenstern verwendet, die auf Basis der Elektrochromie funktionieren. Wolframoxid ist im Normalfall transparent, wird aber lichtundurchlässig, wenn eine elektrische Spannung angelegt wird. Mit ihm können Fenster realisiert werden, die bei Bedarf eine Tönung annehmen und so undurchsichtig werden.

Fenster mit drei Modi

Für die neue Technologie haben die Forscher:innen eine Methode entwickelt, um diese Fähigkeiten des Wolframoxids noch zu erweitern. Das Geheimnis ist Wasser. Fügt man es dem Wolframoxid hinzu, wird dieses zu einem Hydrat. Wenn dieses Wolframoxid-Hydrat dann in elektrochromen Fenstern verwendet wird, gewinnt man eine weitere Konfigurationsmöglichkeit hinzu.

Solange keine Spannung anliegt, bleiben die Fenster durchlässig für Licht und Wärme. Durch das Einbringen einiger Elektronen und Lithium-Ionen wechselt das Fenster in einen Status, in dem es normales Licht durchlässt, aber gleichzeitig Infrarotstrahlung (die als Hitze wahrgenommen wird) blockiert. Sobald mehr Elektronen durch das Material fließen, wechselt es in den letzten Zustand, in dem sowohl normales Licht als auch Infrarotstrahlung blockiert wird.

Genaue Ursache nicht bekannt

Die Forscher:innen wissen nicht genau, wieso dies geschieht, haben aber eine Hypothese. „ The presence of water in the crystalline structure makes the structure less dense, so the structure is more resistant to deformation when lithium ions and electrons are injected into the material. Our hypothesis is that, because the tungsten oxide hydrate can accommodate more lithium ions than regular tungsten oxide before deforming, you get two modes. There’s a ‘cool’ mode – when injection of lithium ions and electrons affects the optical properties, but structural change hasn’t occurred yet – which absorbs infrared light. And then, after the structural change occurs, there’s a ‘dark’ mode that blocks both visible and infrared light„, erklärt Jenelle Fortunato, Erstautorin der Studie.

Es herrscht wahrlich kein Mangel an dynamischen Fenstern, und es werden regelmäßig neue entwickelt. Allerdings sind diese selten so selektiv wie die von den Forscher:innen der NCSU entwickelten. Und wenn sie doch so selektiv sind, ist das erforderliche „Setup“ im Normalfall etwas raumgreifender. Die von dem Team entwickelten Fenster sollten allerdings letztlich kaum dicker werden sowie einen ähnlichen Energiebedarf haben wie normale Wolframoxid-Fenster.

„The discovery of dual-band (infrared and visible) light control in a single material that’s already well-known to the smart windows community may accelerate development of commercial products with enhanced features„, so Delia Milliron, Koautorin der Studie.

via NCSU

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