p As janelas inteligentes mudam automaticamente a transparência quando uma tensão é aplicada. Contudo, um dos motivos pelos quais eles não são mais difundidos é que o polímero interno se expande e encolhe drasticamente a cada carga. Os pesquisadores da Purdue University apelidaram esse efeito de "respiração mecânica". p "De nossos experimentos, pode expandir até 30 por cento em volume, "disse Xiaokang Wang, um Ph.D. estudante sob Kejie Zhao, professor assistente de engenharia mecânica. "É uma quantidade enorme. Esses ciclos de expansão-encolhimento colocam uma grande tensão e pressão sobre os materiais das janelas. Isso faz com que as camadas da janela se delaminem, e a janela inteligente não funciona. "

p O artigo de Wang sobre "respiração mecânica" foi publicado na revista Nature Communications .

p As janelas inteligentes vêm em muitas configurações diferentes, mas os mais populares são chamados de dispositivos eletrocrômicos porque mudam de cor quando uma voltagem é aplicada. Na aeronave Boeing 787 Dreamliner, por exemplo, os passageiros podem ajustar gradualmente a transparência de suas janelas usando eletrocrômicos. Janelas semelhantes agora estão disponíveis para instalação em grande escala em edifícios, programado para escurecer gradualmente em dias de sol para reduzir os custos de energia.

p Uma janela inteligente eletrocrômica típica tem cinco camadas, com dois eletrodos de cada lado, uma camada de armazenamento de íons, uma camada eletrocrômica, e um eletrólito no meio. Jianguo Mei, professor assistente de química orgânica em Purdue, vinha experimentando diferentes receitas químicas para o material eletrocrômico de película fina, a fim de aumentar a confiabilidade da janela. Mas a estrutura laminada de uma janela inteligente torna difícil estudar os componentes individuais durante a operação; todo o substrato de cinco camadas tem apenas 500 nanômetros de espessura, menos de 1% da espessura de um cabelo humano.

p Mei pediu a ajuda de Zhao para avaliar as propriedades mecânicas do filme em nanoescala. Zhao e Wang ficaram chocados com os testes iniciais.

p "O material expandiu até 30 por cento em volume, mas também se tornou metade elástico e metade duro, "Disse Wang.

p Essa "respiração mecânica" fazia com que o material se enrugasse e empurrasse contra as outras camadas do substrato. As camadas externas delaminadas, impedindo o fluxo de elétrons e fazendo com que o dispositivo eletrocrômico pare de funcionar.

p "Em nossos experimentos com amostras não tratadas, vimos falha após apenas 100 ciclos, "Disse Wang.

p Eles começaram a ajustar e fortalecer o material do substrato do eletrodo, tornar áspera a superfície com nanopartículas de sílica. Isso aumentou a confiabilidade mecânica, sobrevivendo até 8, 000 ciclos. Mas não é o suficiente.

p "Esses dispositivos precisam ser capazes de suportar mais de 200, 000 ciclos, "Disse Wang." Essa é uma lacuna enorme! "

p Wang e Zhao, junto com o grupo de Mei no Departamento de Química, estão continuando seus estudos na esperança de que esses dispositivos eletrocrômicos possam se tornar mais confiáveis.

p "De nossos experimentos, estamos construindo novos modelos teóricos, "Disse Wang." Junto com cientistas materiais e químicos, queremos encontrar novos materiais, novos métodos de processamento de materiais, e novos designs mecânicos para alcançar uma vida útil muito maior desses dispositivos. "

p As janelas inteligentes têm o potencial de economizar grandes quantidades de energia, tornando-se uma parte normal e confiável das casas, escritórios e veículos. Mas até que a confiabilidade seja melhorada, Os pesquisadores do Purdue continuarão seu trabalho.

p "Eu posso ver um futuro onde paredes inteiras serão janelas inteligentes eletrocrômicas, "Disse Wang." As pessoas podem desfrutar do ar livre e, ao mesmo tempo, diminuir o consumo de energia. É uma situação em que todos ganham! "