Новое электрохромное устройство – «умное окно», цветом и светопропусканием которого можно управлять, подавая внешнее напряжение, разработали исследователи из МГУ им. М.В. Ломоносова. Подобные оптические технологии могут найти применение в энергосберегающих и дизайнерских решениях, где требуется гибкий контроль освещённости. С их помощью можно увидеть мир в новом цвете, а также согреться в мороз и защититься от палящего солнца летом.

Представьте – поднимаетесь на 88 этаж огромного комплекса, входите в небольшое помещение и закрываете глаза. Непрозрачный стеклянный куб, в который вы попали, выдвигается на несколько метров из здания, становится прозрачным, и вот вы уже парите над Мельбурном. Этот головокружительный аттракцион австралийского мегаполиса вполне может войти в нашу повседневную жизнь в виде простых и полезных вещей. «Умные окна», в которых можно регулировать степень проницаемости материала и быстро менять цвет, правда, с совершенно иным принципом действия, разрабатывает группа учёных МГУ под руководством проректора, академика Алексея Хохлова.

«Вот вы едете, скажем, в автомобиле, нажимаете кнопку и делаете всё в розовом цвете. Или повышаете контрастность лобового стекла, или затемняете бликующее зеркало заднего вида, – разъясняет в интервью STRF самые простые примеры возможного использования разработки Алексей Хохлов. – Ещё умные окна применяются, когда необходимо, например, минимизировать нагревание помещений от воздействия прямого солнечного света в жарких странах».

В отличие от окон австралийской Eureka Tower, изготовленных из фотохромных материалов, прототип российского «умного» окна сделан из электрохромных стёкол. Они способны менять свой цвет под действием электрического поля, что позволяет гибко контролировать степень их окраски. С приложением внешнего напряжения в электрохромных материалах протекают окислительно-восстановительные реакции, которые приводят к изменению положений электронных уровней. Молекулы электрохромных веществ начинают поглощать фотоны с другими (по сравнению с начальными, до окисления/восстановления) характерными энергиями – меняются спектры поглощения, а вместе с ними и окраска самого материала.

«По этой тематике мы некоторое время работали в рамках договора с корейской компанией LG Chem, – поясняет Алексей Хохлов. – Получили интересные результаты, накопили полезный опыт. Потом сотрудничество с LG перешло на другие вопросы, но нам показалось, что это направление тоже вполне перспективно. К тому времени у нас появились новые идеи, разработки, связанные с синтезом электрохромных полимерных соединений и поэтому решили возобновить исследования уже в рамках государственного контракта. Проверить насколько хорошо работают эти новые соединения и попробовать получить те материалы и прототипы устройства, которые могут быть интересны потребителям. В том числе и нашим малым компаниям».

В результате исследователям удалось получить умное окно, которое из прозрачного может стать синим после приложения небольшого напряжения (Около 2 В). Основным рабочим веществом в этом устройстве стал проводящий электрохромный поливиологен, синтезированный в ИНЭОС РАН. Для повышения контрастности и соблюдения электронейтральности после прохождения окисления/восстановления в паре с ним использовали низкомолекулярный проводящий димер анилина. После аккуратного подбора остальных вспомогательных компонентов электрохромной смеси (электролита, загустителя и пр.) исследователям удалось достичь хороших рабочих характеристик. Так, устройство, представляющее из себя два проводящих стекла с закаченной между ними электрохромной смесью, обратимо меняло свой цвет менее чем за секунду после подачи напряжения и сохраняло свои свойства после 10000 подобных переключений.

Изменяя химическую структуру электрохромных веществ, можно делать умные окна, переключающиеся между несколькими цветами или даже создавать высококонтрастные электрохромные дисплеи с малым рабочим напряжением. Впрочем, пока российские исследователи сосредоточились на улучшении надёжности основных характеристик своей разработки. Тем более что новая технология вполне может быть совмещена с другими активно внедряемыми энергосберегающими решениями.

«Умные электрохромные стёкла и теплоизолирующие окна никак не противоречат друг другу. Это две совершенно разные вещи, – уверяет Алексей Хохлов. – Делаете окна из теплоизолирующих материалов на холодное время, а потом добавляете к этим же стёклам слой электрохромного материала, – и это уже материал на время летнее. Включается элемент регулирования за счёт достаточно небольшого электрического поля. Так что совместить разные подходы возможно. Но не стоит забывать и о базовых вещах. Я участвовал в обсуждении энергосберегающих технологий в министерстве промышленности. Дело было зимой, речь шла о сверхпроводящих линиях электропередач, а я обратил внимание, что батареи в помещении чугунные, сталинские чугунные батареи. Уверяю вас, если сделать все батареи регулируемыми, энергии сэкономится больше, и эффект достигнется быстрее, чем от о сверхпроводящих линий электропередач, которые, кстати, ещё только в мечтах. Поэтому предлагая хай-тек, не надо забывать базис. Многие проблемы энергоэффективности можно решить простыми дедовскими методами, и, может быть, с этого и стоит начать».

Авторы проекта надеются, что их новая разработка не станет очередным фантастическим хай-теком, а поможет, наконец, шагнуть от сталинских батарей к инновационным энергосберегающим технологиям, которые пока что многим российским потребителям кажутся столь же далёкими и нереальными, как и главная мельбурнская высотка.
telegrafist.org