Умные стекла превращают солнечный свет в тепло и борются с бактериями
Фото: EAST NEWS
Умный дом

Умные стекла превращают солнечный свет в тепло и борются с бактериями

Инновационные оконные стекла, разработанные китайскими учеными, могут отапливать помещения, преобразовывая солнечное излучение в тепло. Также они способны контролировать коэффициент пропускания света и уничтожать кишечную палочку, попавшую на стекло. В будущем эти смарт-окна появятся в больницах, самолетах и общественном транспорте.

Команда ученых из Нанкинского университета и Северо-Восточного университета в Шэньяне опубликовала исследование в журнале ACS Nano, в котором описала свою новую разработку — уникальное умное стекло. Китайским ученым удалось объединить в одном материале сразу несколько функций, которые обычно требуют принципиально разных технологических решений.

Например, триоксид вольфрама (WO3) является одним из самых популярных компонентов для изготовления умных стекол, которые контролируют передачу видимого света. Как электрохромный материал, WO3 может переключаться с прозрачного состояния в непрозрачное или обратно при зарядке электричеством. В то же время, умные окна, которые преобразуют солнечную радиацию в тепло, обычно содержат металлические наночастицы. А окна с антибактериальным покрытием чаще всего содержат медь, пишет Phys.org.

Соединить все эти компоненты в одном стекле оказалось крайне непростой задачей. Исследователям удалось создать электрохромно-фототермическую пленку, которая состоит из трехмерных частиц WO3, образующих структуры, по форме напоминающие пчелиные соты, со встроенными наночастицами золота и наностержнями.

Таким образом, WO3 контролирует уровень видимого света, поступающего через окно. А золотые наноструктуры конвертируют входящий солнечный свет в тепловую энергию для обогрева здания.

Чтобы изучить антибактериальные свойства окна, исследователи обработали его кишечной палочкой и облучили инфракрасным лазером. Они обнаружили, что наиболее сильно бактерицидный эффект проявился, когда стекло находилось в темном состоянии — в таком виде оно уничтожило практически все бактерии. Оказалось, что результат обусловлен фототермическими свойствами окна и совместным воздействием WO3 и золотых наноструктур.

Также ученые продемонстрировали, как умное стекло превращается из абсолютно прозрачного в полностью непроницаемое всего за минуту. После чего показали, как инфракрасный лазер нагревает температуру окна до 24°C за пять минут.

«Стерильные умные окна будут особенно полезны в самолетах, общественном транспорте и больницах», — уверен ведущий автор исследования Син-Хуа Ся из Нанкинского университета.

Однако, в некоторых случаях антибактериальный эффект вовсе не нужен. Ученые из Университета Британской Колумбии нашли дешевый способ создавать солнечные панели, используя специальные бактерии, преобразующие солнечный свет в энергию. Разработанная ими биогенная установка показала себя лучше, чем любая другая созданная до этого. Но самое важное, отмечают они, что она эффективно работает как в солнечную, так и в пасмурную погоду.