Fotografier som visar en av de tre egenskaperna hos det sterila smarta fönstret:kontroll av synligt ljustransmission. Kredit:Xu et al. ©2018 American Chemical Society
Ett nytt smart fönster erbjuder mer än bara en fin utsikt – det kontrollerar också solljustransmissionen, värmer interiören av byggnader genom att omvandla solstrålning till värme, och eliminerar praktiskt taget E coli bakterier som lever på glaset. I framtiden, sådana sterila smarta fönster kan användas i flygplan, sjukhus, kollektivtrafik, och andra områden.
Forskarna, ledd av Yan-Yan Song vid Northeastern University i Shenyang, Kina, och Xing-Hua Xia vid Nanjing University i Nanjing, Kina, har publicerat en artikel om det nya sterila smarta fönstret i ett färskt nummer av ACS Nano .
Som forskarna förklarar, Att integrera flera funktioner i ett enda smart fönster är en utmaning, eftersom varje funktion vanligtvis kräver en annan materialsammansättning. Till exempel, ett av de mest använda materialen för smarta fönster som styr synligt ljus är WO 3 (volframtrioxid). Som ett elektrokromt material, WO 3 kan reversibelt ändra sin optiska transmittans som svar på elektrokemisk laddning och urladdning. Å andra sidan, smarta fönster som omvandlar nära-infraröd solstrålning till värme involverar vanligtvis nanopartiklar av metall. Också, ett brett utbud av material har antimikrobiella egenskaper, främst koppar. Än så länge, dock, Att kombinera alla dessa egenskaper i ett material har varit en utmaning.
I den nya studien, forskarna designade en elektrokrom-fototermisk film bestående av 3D WO 3 i en bikakeliknande struktur inbäddad med guld nanopartiklar och nanorods. Medan WO 3 styr mängden synligt ljus som passerar genom fönstret, guldnanostrukturerna omvandlar inkommande solljus till termisk energi för uppvärmning av byggnadens interiör.
"Detta är en ny strategi som uppnår utmärkt fototermisk omvandling via solförstärkningsoptimering på elektrokroma filmer och, viktigt, den fototermiska effektiviteten är justerbar under optisk överföring, " berättade Xia Phys.org .
Forskarna visade att fönstret kan ändras från helt genomskinligt till kolsvart inom några minuter. Ytterligare, de visade att en nära-infraröd laser ökar fönstrets temperatur med 24 °C på cirka fem minuter. För att undersöka fönstrets antimikrobiella egenskaper, forskarna behandlade det med E coli och bestrålade den med en nära-infraröd laser. De fann att den bakteriedödande effekten var starkast när fönstret var i mörkt tillstånd, där det kunde eliminera praktiskt taget alla bakterier. I kontrast, effekten var mycket svagare för fönster i transparent tillstånd, samt de som är gjorda av endast WO 3 eller bara guld nanostrukturer, snarare än båda materialen kombinerade. Resultaten tyder på att de flesta bakteriedödande effekterna beror på fönstrets fototermiska egenskaper.
"Det sterila smarta fönstret skulle vara särskilt användbart i flygplan, i hög latitud zoner, och även på sjukhus, " sa Xia. "Det borde vara multifunktionellt, till exempel, kontrollerar synligt ljustransmission dynamiskt, inställning av värmeomvandling av nära-infraröd solstrålning, och minska attacker från mikroorganismer."
© 2018 Phys.org
