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Jan 07, 2024

Elektrochrom

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Während Vorhänge oder Jalousien nach wie vor die gebräuchlichste Methode sind, um Sonnenlicht durch Fenster zu blockieren, haben jüngste Entwicklungen in der Glastechnologie eine neue Möglichkeit eröffnet, unerwünschtem Außenlicht entgegenzuwirken. Intelligente Fenstersysteme – auch schaltbare Fenster genannt – reagieren auf Sonnenlicht, indem sie den Farbton des Glases ändern, um unerwünschtes Licht und Wärme zu blockieren.

Neuere Formen intelligenter Fenster gehen weit darüber hinaus, Licht zu blockieren oder Privatsphäre zu bieten. Einige intelligente Fenster können beispielsweise Licht in Wärmeenergie umwandeln, die zur Unterstützung des Heizsystems des Gebäudes genutzt werden kann. Auch für sterile Umgebungen wie Labore und Krankenhäuser werden antimikrobielle intelligente Fenster entwickelt.

Die Sonnenstrahlen bestehen aus Lichtwellenfrequenzen, die von UV-Strahlen über sichtbares Licht bis hin zu Infrarotenergie am anderen Ende des Spektrums reichen. Wenn man versucht, diese unterschiedlichen Teile des Lichtspektrums auf unterschiedliche Weise zu nutzen – etwa einige Frequenzen von Lichtwellen zu blockieren und andere zur Wärmeerzeugung zu nutzen –, wird das Design schaltbarer Fenster sehr kompliziert.

Um ein Fenster zu schaffen, das alle Komponenten des Sonnenlichts berücksichtigt, sind spezielle Materialien erforderlich, um jede Art von Lichtwelle zu berücksichtigen. Zum Beispiel:

Es ist schwierig, alle diese Elemente in einem einzigen intelligenten Fenster zu vereinen. Daher arbeiten Forscher an der Entwicklung von Materialien, die alles können.

Ein Forscherteam aus China scheint mit einem elegant gestalteten elektrochrom-photothermischen Film eine Lösung gefunden zu haben. Diese Folie besteht aus einer wabenförmigen Struktur aus 3D WO3. In den Zellen der Struktur befinden sich winzige Goldnanopartikel und Nanostäbe, die es ermöglichen, dass alle gewünschten Elemente in den gleichen Raum passen. Das WO3 verändert die Lichtmenge, die durch das Fenster gelangt, während die Gold-Nanostrukturen Licht in Wärme umwandeln.

Diese Folie reagiert auf Licht, indem sie die Fenster sehr schnell von transparent zu schwarz verändert. Nahinfrarotstrahlung erwärmt die Fenster innerhalb von fünf Minuten um 24° C und macht sie so zu einer effektiven Wärmequelle. Die Gold-Nanostrukturen und das WO3 haben in Kombination sehr wirksame antimikrobielle Eigenschaften, sodass die Fenster im dunklen Zustand nahezu alle Bakterien eliminieren.

Standardmäßige schaltbare Fenster können in vielen verschiedenen Anwendungen nützlich sein, beispielsweise bei Oberlichtern und Wintergartenfenstern. Besonders vielversprechend sind antimikrobielle Fenster jedoch für Einrichtungen, in denen Bakterienschutz wichtig ist, beispielsweise in medizinischen Einrichtungen. Fenster, die auch als Wärmequelle genutzt werden können, stellen ebenfalls eine interessante Quelle kohlenstofffreier Energie dar.

Angesichts der schnellen Expansionsrate der Technologie ist es wahrscheinlich, dass wir in naher Zukunft neue und innovative Funktionen von intelligenten Fenstern sehen werden. Wissenschaftler finden Möglichkeiten, verschiedene Elemente in einem Fenster zu integrieren und so Glas zu schaffen, das für verschiedene Situationen mehrere Vorteile bietet. Von licht- und wärmeblockierenden Anwendungen in Privathaushalten bis hin zu fortschrittlichen antimikrobiellen Fähigkeiten für den Einsatz in Krankenhäusern – das Potenzial intelligenter Fenster wächst.

Bildnachweis: Mit freundlicher Genehmigung von M3 Glass