Inteligentne szkło - Smart glass

Inteligentne szkło w stanie przezroczystym.
Inteligentne szkło w stanie nieprzezroczystym.

Inteligentne szkło lub przełączany szkła (zwany również inteligentne okna lub przełączany okno w tych zastosowaniach) jest ze szkła lub oszklenia , której właściwości transmisji światła jest zmieniane, gdy jest przyłożone napięcie, światło i ciepło. Ogólnie rzecz biorąc, szkło zmienia się z przezroczystego na półprzezroczyste i odwrotnie, od przepuszczania światła do blokowania niektórych (lub wszystkich) długości fal świetlnych i odwrotnie. Szkło inteligentne może być wykonane poprzez laminowanie folią inteligentną lub folią przełączalną , często przy użyciu laminatów szklanych, akrylowych lub poliwęglanowych.

Niektóre rodzaje inteligentnych folii można również wykorzystać do przekształcenia zwykłych okien w inteligentne szkło za pomocą samoprzylepnej folii inteligentnej lub specjalnego kleju.

Technologie inteligentnego szkła obejmują urządzenia elektrochromowe , fotochromowe , termochromowe , zawieszone cząstki , mikroślepe i ciekłokrystaliczne z dyspersją polimerów .

Po zainstalowaniu w obwiedni budynków, inteligentne szkło tworzy powłoki budynku przystosowane do klimatu . Niektóre zalety inteligentnych okien polegają na tym, że mogą wyeliminować potrzebę stosowania żaluzji, rolet lub zabiegów okiennych. Inteligentne szkło może łączyć wiele funkcji, takich jak regulacja światła naturalnego, blokowanie UV i podczerwieni , reklama i bezpieczeństwo.

Historia

Ze względu na wrażliwość na wilgoć wcześniejsze wersje folii były wykorzystywane wyłącznie do wytwarzania inteligentnego szkła metodą laminowania na szkle. Firmy nadal próbują różnych metod instalacji, aby użyć samej folii bez konieczności dodawania kosztów laminacji.

Aplikacje

Kurtyna elektryczna

Inteligentne szkło może być wykorzystywane do energooszczędnego ogrzewania i chłodzenia w budynku, kontrolując ilość światła słonecznego wpadającego przez okno. Przezroczysta folia kontrolująca temperaturę lub zamglenie sprawia, że ​​inteligentna folia przechodzi w stan zamglenia, gdy jest słonecznie, a temperatura w pomieszczeniu jest wysoka. Gdy jest słonecznie, a temperatura w pomieszczeniu jest niska, inteligentne szkło przechodzi w stan przeźroczysty.

Prywatność

W biurze:

  • Stosowany do przeszklonej obudowy sali konferencyjnej. Gdy szkło jest przezroczyste, można zajrzeć do lub z pomieszczenia, a gdy jest nieprzezroczyste, może służyć jako ekran projekcyjny.
  • Energooszczędna funkcja szklanej ściany osłonowej

Dekoracja wnętrz ekskluzywnej rezydencji:

  • Oświetlenie obejmuje szklaną kurtynę, domek słoneczny, salon i pomieszczenie łazienkowe. Nieużywane szkło jest zmętniałe, co chroni prywatność, a gdy staje się przezroczyste, można w pełni skąpać się w promieniach słońca.

Reklama

Wyświetlanie produktu i reklama handlowa:

  • Szklane okno wystawowe, chroni produkty, gdy jest nieprzezroczyste i może być używane do projekcji w celu wprowadzenia produktów; gdy jest przezroczysta, może być wykorzystana do reklamy sklepu.

Smart glass może służyć jako przełączalny ekran projekcyjny na witrynie sklepowej do celów reklamowych. Inteligentny film trzeciej generacji jest dobry zarówno do projekcji przedniej, jak i tylnej, a wyświetlane obrazy można oglądać z obu stron.

Inne zastosowania

Zastosowania na inne specjalne okazje obejmują:

  • Szklane drzwi toalety są przezroczyste, gdy nie są używane, i natychmiast zmieniają się w mętny stan, gdy drzwi są zamknięte.
  • Szklana podłoga i schody na drugim piętrze wydają się zachmurzone podczas chodzenia, w przeciwnym razie są przezroczyste.
  • Prywatność wykorzystuje się w szpitalach, np. okna pokoi dziecięcych i oddziałów intensywnej terapii, zastępując zasłony, w celu zmniejszenia kurzu i hałasu.
  • Inteligentne folie stosowane w pomieszczeniach wolnych od kurzu i sprzątania mogą być używane do przełączania między przezroczystymi i nieprzezroczystymi i mogą zmniejszyć niedogodności dla klientów, którzy muszą nosić ubrania bezpyłowe wchodzące i wychodzące z pomieszczenia.

Zabarwienie

Nowe generacje inteligentnych szkieł i inteligentnych folii charakteryzują się niskim zamgleniem i kolorami, które obejmują: mlecznobiały, szary i niebieski.

Elektrycznie przełączane inteligentne szkło

Poniższa tabela przedstawia przegląd różnych elektrycznie przełączanych technologii inteligentnego szkła:

Technologia Stan z elektrycznością Stan bez prądu Komentarz
Urządzenia elektrochromowe Impulsy elektryczne służą do zmiany transmisji światła Utrzymuje poprzedni stan Trochę wolno
Urządzenia ciekłokrystaliczne zdyspergowane polimerowo Przezroczysty Nieprzejrzysty Stopień przepuszczalności światła można regulować
Urządzenia zawieszone Przezroczysty Częściowo nieprzezroczysty Stopień przepuszczalności światła można regulować
Mikro rolety Nieprzejrzysty Przezroczysty Szybko się przełącza, dobrze radzi sobie z promieniowaniem UV

Urządzenia elektrochromowe

Urządzenia elektrochromowe zmieniają właściwości przepuszczania światła w odpowiedzi na napięcie, a tym samym umożliwiają kontrolę nad ilością przechodzącego światła i ciepła. W oknach elektrochromowych materiał elektrochromowy zmienia swoją nieprzezroczystość . Aby zmienić jego nieprzezroczystość, potrzebny jest impuls energii elektrycznej, ale gdy zmiana zostanie dokonana, nie jest potrzebna żadna energia elektryczna do utrzymania określonego odcienia, który został osiągnięty.

Technologie elektrochromowe pierwszej generacji mają zwykle żółty odcień w stanie przezroczystym i niebieskie odcienie w stanie zabarwionym. Ciemnienie następuje od krawędzi do wewnątrz i jest procesem powolnym, trwającym od wielu sekund do kilku minut (20–30 minut) w zależności od rozmiaru okna. Nowsze technologie elektrochromowe eliminują żółty odcień w stanie przezroczystym i barwienie do bardziej neutralnych odcieni szarości, barwiąc równomiernie zamiast od zewnątrz do wewnątrz i przyspieszają barwienie do mniej niż trzech minut, niezależnie od wielkości szkła. Szkło elektrochromowe zapewnia widoczność nawet w stanie zaciemnionym, a tym samym zachowuje wizualny kontakt ze środowiskiem zewnętrznym.

Ostatnie postępy w materiałach elektrochromowych odnoszących się do elektrochromii z wodorkami metali przejściowych doprowadziły do ​​opracowania wodorków refleksyjnych, które stają się odblaskowe, a nie absorbujące, a zatem zmieniają stany między przezroczystymi a podobnymi do lustra.

Ostatnie postępy w modyfikowanych porowatych filmach nanokrystalicznych umożliwiły stworzenie wyświetlacza elektrochromowego. Struktura wyświetlacza z pojedynczym podłożem składa się z kilku ułożonych na sobie warstw porowatych, nadrukowanych jedna na drugiej na podłożu zmodyfikowanym przezroczystym przewodnikiem (takim jak ITO lub PEDOT:PSS ). Każda drukowana warstwa ma określony zestaw funkcji. Elektroda robocza składa się z dodatniego porowatego półprzewodnika, takiego jak dwutlenek tytanu, z zaadsorbowanymi chromogenami . Te chromogeny zmieniają kolor poprzez redukcję lub utlenianie. Pasywator jest używany jako negatyw obrazu w celu poprawy wydajności elektrycznej. Warstwa izolacyjna służy do zwiększenia współczynnika kontrastu i elektrycznego oddzielenia elektrody pracującej od przeciwelektrody. Przeciwelektroda zapewnia wysoką pojemność, aby zrównoważyć ładunek wprowadzony/odebrany na elektrodzie SEG (i utrzymać ogólną neutralność ładunku urządzenia). Węgiel jest przykładem folii zbiornika ładunku. Przewodząca warstwa węgla jest zwykle używana jako przewodzący tylny styk przeciwelektrody. W ostatnim etapie drukowania na porowatą strukturę monolitu nadrukowuje się płynny lub polimerowo-żelowy elektrolit, suszy, a następnie można ją umieścić w różnych kapsułkach lub obudowach, w zależności od wymagań zastosowania. Wyświetlacze są bardzo cienkie, zazwyczaj 30 mikrometrów, czyli około 1/3 ludzkiego włosa. Urządzenie można włączyć przez przyłożenie potencjału elektrycznego do przezroczystego podłoża przewodzącego w stosunku do przewodzącej warstwy węgla. Powoduje to redukcję cząsteczek wiogenu (zabarwienie) wewnątrz elektrody pracującej. Odwracając przyłożony potencjał lub zapewniając ścieżkę wyładowania, urządzenie wybiela. Unikalną cechą monolitu elektrochromowego jest stosunkowo niskie napięcie (około 1 wolta) potrzebne do barwienia lub wybielania wiologów. Można to wytłumaczyć małymi nadpotencjałami potrzebnymi do napędzania elektrochemicznej redukcji zaadsorbowanych na powierzchni wiologogenów/chromogenów.

Większość rodzajów folii inteligentnych wymaga wysokiego napięcia (np. 110 VAC) do obsługi folii inteligentnej, dlatego takie rodzaje folii inteligentnych muszą być zamknięte w laminatach szklanych, akrylowych lub poliwęglanowych, aby zapewnić bezpieczeństwo elektryczne użytkownikom, którzy mogliby dotknąć szkła.

Urządzenia ciekłokrystaliczne zdyspergowane polimerowo

W urządzeniach ciekłokrystalicznych zdyspergowanych w polimerze (PDLC) ciekłe kryształy są rozpuszczane lub dyspergowane w ciekłym polimerze, po czym następuje zestalenie lub utwardzenie polimeru. Podczas zmiany polimeru z ciekłego w stały, ciekłe kryształy stają się niekompatybilne ze stałym polimerem i tworzą kropelki w całym stałym polimerze. Warunki utwardzania wpływają na wielkość kropel, które z kolei wpływają na końcowe właściwości eksploatacyjne „inteligentnego okna”. Zazwyczaj ciekłą mieszankę polimeru i ciekłych kryształów umieszcza się między dwiema warstwami szkła lub tworzywa sztucznego, które zawierają cienką warstwę przezroczystego, przewodzącego materiału, a następnie utwardza ​​się polimer, tworząc w ten sposób podstawową strukturę warstwową inteligentnego okna. Ta struktura jest w rzeczywistości kondensatorem.

Elektrody z zasilacza są przymocowane do przezroczystych elektrod. Bez przyłożonego napięcia ciekłe kryształy są losowo rozmieszczone w kropelkach, co powoduje rozpraszanie światła przechodzącego przez inteligentny zespół okienny. Skutkuje to półprzezroczystym, „mlecznobiałym” wyglądem. Gdy do elektrod zostanie przyłożone napięcie, pole elektryczne utworzone między dwiema przezroczystymi elektrodami na szkle powoduje wyrównanie ciekłych kryształów, umożliwiając przechodzenie światła przez kropelki z bardzo małym rozpraszaniem i dając stan przezroczysty. Stopień przezroczystości można kontrolować za pomocą przyłożonego napięcia. Jest to możliwe, ponieważ przy niższych napięciach tylko kilka ciekłych kryształów ustawia się całkowicie w polu elektrycznym, więc tylko niewielka część światła przechodzi, podczas gdy większość światła jest rozpraszana. Wraz ze wzrostem napięcia mniej ciekłych kryształów pozostaje niewspółosiowych, co powoduje, że rozpraszane jest mniej światła. Możliwe jest również kontrolowanie ilości przepuszczanego światła i ciepła, gdy stosowane są barwniki i specjalne warstwy wewnętrzne.

Urządzenia zawieszone

W urządzeniach z zawieszonymi cząstkami (SPD) cienkowarstwowy laminat z cząstek przypominających pręciki w nanoskali jest zawieszony w cieczy i umieszczony pomiędzy dwoma kawałkami szkła lub plastiku lub przymocowany do jednej warstwy. Gdy nie jest przyłożone napięcie, zawieszone cząstki są losowo ułożone, blokując i pochłaniając światło. Po przyłożeniu napięcia zawieszone cząstki ustawiają się w jednej linii i przepuszczają światło. Zmienianie napięcia folii zmienia orientację zawieszonych cząstek, regulując w ten sposób odcień oszklenia i ilość przepuszczanego światła. SPD można ręcznie lub automatycznie „dostrajać”, aby precyzyjnie kontrolować ilość przechodzącego światła, olśnienia i ciepła.

Mikro rolety

Obraz mikroskopu elektronowego skaningowego (SEM) mikro-ślep

Mikrozasłony kontrolują ilość światła przechodzącego w odpowiedzi na przyłożone napięcie. Mikrożaluzje składają się z rolet walcowanych z cienkiego metalu na szkle. Są bardzo małe, a przez to praktycznie niewidoczne dla oka. Warstwa metalowa jest nakładana przez rozpylanie magnetronowe i modelowana w procesie laserowym lub litograficznym. Podłoże szklane zawiera cienką warstwę przezroczystej warstwy tlenku przewodzącego (TCO). Cienki izolator jest umieszczany między warstwą walcowanego metalu a warstwą TCO w celu odłączenia elektrycznego. Bez przyłożonego napięcia mikrożaluzje są zwijane i przepuszczają światło. Gdy występuje różnica potencjałów między zwiniętą warstwą metalu a przezroczystą warstwą przewodzącą, pole elektryczne utworzone między dwiema elektrodami powoduje rozciąganie się zwiniętych mikrozaślepek, a tym samym blokowanie światła. Mikrozasłony mają kilka zalet, w tym szybkość przełączania (milisekundy), trwałość UV, niestandardowy wygląd i transmisję. Mikro rolety są opracowywane w National Research Council (Kanada) . Mikrorolety do inteligentnego szkła

Powiązane obszary technologii

Wyrażenie „ inteligentne szkło” można interpretować w szerszym znaczeniu jako obejmujące również przeszklenia, które zmieniają właściwości przepuszczania światła w odpowiedzi na sygnał otoczenia, taki jak światło lub temperatura.

  • Różne rodzaje oszklenia mogą wykazywać różnorodne zjawiska chromowe , to znaczy, w oparciu o efekty fotochemiczne, oszklenie zmienia swoje właściwości przepuszczania światła w odpowiedzi na sygnał środowiskowy, taki jak światło ( fotochromizm ), temperatura ( termochromizm ) lub napięcie ( elektrochromizm ).
  • Ciekłe kryształy, gdy są w stanie termotropowym , mogą zmieniać właściwości przepuszczania światła w odpowiedzi na temperaturę.
  • Zbadano różne metale. Cienkie folie Mg-Ni mają niską przepuszczalność widzialną i są odblaskowe. Gdy są one wystawione na działanie H 2 gazu i zredukowana przez zasadowy elektrolit, stają się przezroczyste. To przejście przypisuje się powstawaniu wodorku niklowo-magnezowego Mg 2 NiH 4 . Filmy zostały stworzone przez napylanie z oddzielnych celów Ni i Mg, aby ułatwić zmiany w składzie. Ostatecznie można zastosować jednokierunkowe rozpylanie magnetronowe prądem stałym, co byłoby stosunkowo proste w porównaniu z osadzaniem tlenków elektrochromowych, co uczyni je bardziej przystępnymi cenowo. Lawrence Berkeley National Laboratory ustalono, że nowy metale przejściowe są tańsze i mniej reaktywnych, ale zawierała te same cechy, co jeszcze bardziej zmniejsza się koszty.
  • Powłoka VO 2 z dwutlenku wanadu z domieszką wolframu odbija światło podczerwone, gdy temperatura wzrasta powyżej 29 °C (84 °F), blokując przenikanie światła słonecznego przez okna w wysokich temperaturach otoczenia. Dwutlenek wanadu przechodzi przemianę półprzewodnika w metal w stosunkowo niskiej temperaturze. To przejście zmienia materiał z właściwości przewodzących na właściwości izolacyjne i kończy się zmianą koloru szkła, a także jego właściwości transmisyjnych. Gdy powłoka ulegnie tej zmianie, może skutecznie chronić to, co izoluje, przed uzyskaniem ciepła poprzez odfiltrowanie widma podczerwieni.

Tego typu przeszkleń nie można sterować ręcznie. W przeciwieństwie do tego, wszystkie elektrycznie przełączane inteligentne okna mogą automatycznie dostosowywać swoje właściwości przepuszczania światła w odpowiedzi na temperaturę lub jasność poprzez integrację z odpowiednio termometrem lub fotoczujnikiem .

Przykłady użycia

Pociąg ICE 3 z widokiem na kabinę maszynisty
Pociąg ICE 3 ze szklanym panelem przełączony w tryb „matowy”

Eureka Tower w Melbourne ma szklany sześcian, który wystaje z budynku na 3 metry (10 stóp) z gośćmi wewnątrz, zawieszonymi prawie 300 m (984 stóp) nad ziemią. Kiedy się wchodzi, szkło jest nieprzezroczyste, gdy sześcian wysuwa się poza krawędź budynku. Po całkowitym wysunięciu się przez krawędź szkło staje się przejrzyste.

Boeing 787 wyposażony elektrochromowe okna, które zastąpiły rozwijanego okna odcieni na istniejącym statku powietrznego.

NASA poszukuje możliwości wykorzystania elektrochromii do zarządzania środowiskiem termicznym, którego doświadczają nowo opracowane pojazdy kosmiczne Orion i Altair .

Inteligentne szkło zostało zastosowane w niektórych samochodach małej produkcji, w tym w Ferrari 575 M Superamerica .

Pociągi dużych prędkości ICE 3 wykorzystują szklane panele elektrochromatyczne między przedziałem pasażerskim a kabiną maszynisty.

Do windy w Washington Monument użyć inteligentnego szkła, aby pasażerowie mogli zobaczyć pamiątkowe kamienie wewnątrz pomnika.

Miejska toaleta na placu Museumplein w Amsterdamie jest wyposażona w inteligentne szkło, które ułatwia określenie zajętości pustego stoiska, gdy drzwi są zamknięte, a następnie zapewnia prywatność, gdy jest zajęte.

Bombardier Transportation ma inteligentne na rozmazaniu okna w Bombardier Innovia APM 100 działających na Singapore linii Bukit Panjang LRT , uniemożliwiający pasażerom zaglądając do mieszkania, gdy pociąg jest w ruchu i planuje zaoferować okien z wykorzystaniem inteligentnych technologii szkła w Flexity 2 koleją pojazdy .

Chiński producent telefonów OnePlus zademonstrował telefon, którego tylne aparaty umieszczono za szybą z elektrochromowego szkła.

Toalety publiczne w Tokio wykorzystują tę technologię, gdy drzwi do toalety są zamknięte.

W kulturze popularnej

  • Film Łowca androidów z 1982 roku zawiera wczesne przedstawienie inteligentnego szkła w scenie, w której pokój jest zaciemniony odcień podobny do inteligentnego szkła, dzięki czemu Rick Deckard , grany przez Harrisona Forda , może przeprowadzić test w stylu wariografu, aby ustalić, czy Rachael, grany przez Seana Younga jest organicznym robotem znanym jako replikant .
  • Film Philadelphia z 1993 roku zawiera scenę, w której duża sala konferencyjna w środku kancelarii ma ściany ze szkła z trzech stron. Jason Robards mówi: „Czy miałbyś coś przeciwko uderzeniu w okna?”, a przełącznik zostaje przerzucony, a wszystkie okna natychmiast stają się przezroczyste, tak że nikt nie może zobaczyć, jak strzelają z postaci Toma Hanksa.
  • W grze Dino Crisis z 1999 roku jest „kuloodporne szkło wykonane z ciekłego kryształu. Nie możesz przez nie przejrzeć, ponieważ jest ono obecnie ustawione na tryb „dymu”, ponieważ główna bohaterka Regina opisuje panel szkła w ostatnim obszarze gry.
  • Inteligentne szkło można zobaczyć w filmie Suma wszystkich lęków z 2002 roku , w którym Jack Ryan , grany przez Bena Afflecka , zostaje wprowadzony do sekretnego pokoju w Pentagonie , którego okna bieleją, gdy zamykane są drzwi.
  • Inteligentne szkło można zobaczyć w trzecim sezonie serialu telewizyjnego 24 , w którym Jack Bauer zmienił widoczność na matowe szkło, aby ukryć widok podczas wstrzykiwania heroiny.
  • Inteligentne szkło jest wspomniane w trzecim odcinku CSI: Miami , zatytułowanym „Legal”, w którym młoda dama pracująca pod przykrywką, aby ujawnić picie nieletnich, zostaje zamordowana w pokoju osłoniętym przez coś, co Ryan Wolfe nazywa „inteligentnym szkłem”, gdzie zamknięcie drzwi zamyka obwód elektryczny, przez co szkło oszronia i staje się nieprzezroczyste. Odcinek po raz pierwszy wyemitowany w 2004 roku.
  • Inteligentne szkło jest widoczne w serialu telewizyjnym Lie to Me z pokojem przesłuchań/przesłuchań w biurach Lightman Group, składającym się z pudełka wielkości pokoju w większym pokoju, z inteligentnymi szklanymi ścianami. Ściany przez większość czasu wydają się białe i nieprzejrzyste, ale można je rozjaśnić, aby ujawnić osoby obserwujące obiekt z zewnątrz.
  • Inteligentne szkło pojawiło się w 2005 roku w grze wideo Tom Clancy's Splinter Cell: Chaos Theory w piątej misji „Displace International”, umożliwiając głównemu bohaterowi szybkie przełączanie się między trybami włączania i wyłączania za pomocą nasadki do pistoletu OCP.
  • Inteligentne szkło zostało pokazane w filmie Iron Man (2008) , po tym jak reporterka Christine Everhart budzi się po jednodniowej przygodzie z Tonym Starkiem .
  • Inteligentne szkło jest używane w odcinku 8 serialu White Collar „Hard Sell”, kiedy Neal przychodzi powiedzieć Danielowi Reedowi, że Avery planuje go zdradzić. Daniel naciska przełącznik i okno jego biura staje się oszronione, uniemożliwiając Avery'emu zaglądanie do środka podczas rozmowy.
  • Inteligentne szkło pojawiło się w filmie o Jamesie Bondzie Skyfall z 2012 roku , ujawniając Raoula Silvę M po tym, jak został schwytany.
  • Inteligentne szkło zostało użyte w łazience w The Real World: Austin .
  • Inteligentne szkło z funkcją ściemniania pojawiło się w filmie z 2014 r. Kapitan Ameryka: Zimowy żołnierz w biurze SHIELD w Waszyngtonie.
  • Inteligentne szkło pojawiło się w filmie animowanym Big Hero 6 z 2014 roku , używanym przez Tadashi Hamadę w jego biurze.
  • W piątym sezonie z Aniołem , linie inteligentne szklane ściany wewnętrznej biurze anioła i mogą być matowe nad na pstryknięciem przełącznika pod biurkiem Anioła. (Fikcyjne, bezpieczne dla wampirów „szkło nekrohartowane” wyściela zewnętrzne ściany budynku.)
  • Szkło elektrochromowe można zobaczyć w szerokim użyciu w grze wideo 2016 Deus Ex: Rozłam Ludzkości . Szkło EC jest często używane do blokowania/odblokowywania widzenia między pomieszczeniami i otaczającym środowiskiem.
  • W koreańskim dramacie Co jest nie tak z sekretarzem Kim z 2018 roku Lee Young-joon ściskał swoją sekretarkę Kim Mi-so, kiedy nagle trzech przyjaciół Mi-so, pan Jung, Kim Ji-ah i pani Bong, znalazło się obserwując ich z okna pana Lee. Mi-so zdała sobie sprawę, że są obserwowani, więc chwyciła pilota i aktywowała szkło elektrochemiczne, aby uniemożliwić im zobaczenie, co się dzieje.
  • W grze wideo Grand Theft Auto V z 2013 r. niektóre budynki zakupione przez gracza w trybie online gry można ulepszyć za pomocą „szkła prywatności”.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki