En revolutionerande ny typ av smarta fönster kan sänka kostnaderna för fönsterputsning i höga byggnader samtidigt som de minskar uppvärmningskostnaderna och ökar arbetarnas produktivitet.

Utvecklad av UCL (University College London) med stöd från Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), Prototypprover bekräftar att glaset kan leverera tre viktiga fördelar:

• Självrengörande:Fönstret är ultrabeständigt mot vatten, så regn som träffar utsidan bildar sfäriska droppar som lätt rullar över ytan – plockar upp smuts, damm och andra föroreningar och föra bort dem. Detta beror på den pennliknande, konisk design av nanostrukturer graverade på glaset, fånga in luft och se till att endast en liten mängd vatten kommer i kontakt med ytan. Detta skiljer sig från vanligt glas, där regndroppar klamrar sig fast vid ytan, glida ner långsammare och lämna märken efter sig.
• Energibesparande:Glaset är belagt med en mycket tunn (5-10 nanometer) film av vanadindioxid som under kalla perioder stoppar värmestrålning och på så sätt förhindrar värmeförlust; under varma perioder förhindrar den infraröd strålning från solen att komma in i byggnaden. Vanadindioxid är ett billigt och rikligt material, kombinerat med beläggningens tunnhet för att erbjuda verkliga kostnads- och hållbarhetsfördelar jämfört med silver/guld-baserade och andra beläggningar som används av nuvarande energibesparande fönster.
• Antireflex:Nanostrukturernas design ger också fönstren samma antireflekterande egenskaper som finns i ögonen på nattfjärilar och andra varelser som har utvecklats för att gömma sig för rovdjur. Det minskar mängden ljus som reflekteras internt i ett rum till mindre än 5 procent – ​​jämfört med de 20-30 procent som uppnås med andra prototyper belagda med vanadindioxid, energibesparande fönster – med denna minskning av "bländning" som ger en stor ökning av passagerarnas komfort.

"Detta är första gången som en nanostruktur har kombinerats med en termokromisk beläggning. Den bioinspirerade nanostrukturen förstärker beläggningens termokromiska egenskaper och nettoresultatet är en självrengörande, högpresterande smart fönster, " sa Dr Ioannis Papakonstantinou från UCL.

UCL-teamet beräknar att fönstren kan resultera i en minskning av uppvärmningskostnaderna med upp till 40 procent, med den exakta mängden i ett visst fall beroende på den exakta breddgraden för byggnaden där de är inkorporerade. Fönster gjorda av det banbrytande glaset kan vara särskilt väl lämpade att använda i höga kontorsbyggnader.

Dr Ioannis Papakonstantinou från UCL, projektledare, förklarar:"Det uppskattas för närvarande att, på grund av de uppenbara svårigheterna, kostnaden för att rengöra en skyskrapas fönster under de första 5 åren är densamma som den ursprungliga kostnaden för att installera dem. Vårt glas kan drastiskt minska dessa utgifter, helt bortsett från lockelsen av lägre energiräkningar och förbättrad passagerarproduktivitet tack vare mindre bländning. När trenden inom arkitektur fortsätter mot införandet av mer glas, det är viktigt att fönstren har så lite underhåll som möjligt."

Diskussioner pågår nu med brittiska glastillverkare i syfte att driva detta nya fönsterkoncept mot kommersialisering. Nyckeln är att utveckla sätt att skala upp nanotillverkningsmetoderna som UCL-teamet har utvecklat speciellt för att producera glaset, samt skala upp vanadindioxidbeläggningsprocessen.

Smarta fönster kan börja nå marknaden inom cirka 3-5 år, beroende på teamets framgång med att säkra industriellt intresse.

Dr Papakonstantinou säger:"Vi hoppas också kunna utveckla en "smart" film som innehåller våra nanostrukturer och som enkelt kan läggas till konventionella hushållsprodukter, kontor, fabriks- och andra fönster på gör-det-själv-basis för att leverera den tredubbla fördelen med lägre energianvändning, mindre ljusreflektion och självrengörande, utan att nämnvärt påverka estetiken."

Professor Philip Nelson, Chief Executive för EPSRC sa:"Detta projekt är ett exempel på hur investeringar i utmärkt forskning driver innovation för att producera påtagliga fördelar. I det här fallet skulle den nya tekniken kunna ge både energibesparingar och kostnadsminskningar."