Pesquisadores demonstraram protótipos de janelas que mudam de reflexivas para transparentes com a simples adição de um líquido. As novas janelas comutáveis ​​são fáceis de fabricar e podem um dia manter os carros estacionados resfriados ao sol ou tornar os edifícios de escritórios mais eficientes em termos de energia. A tecnologia também pode ser usada para fazer painéis de telhado que mantêm as casas frescas no verão e aquecidas no inverno.

Embora o vidro que usa uma voltagem aplicada para mudar de um estado transparente para um opaco ou colorido esteja disponível comercialmente, seu alto custo - cerca de US $ 100 por pé quadrado - impediu o uso generalizado.

"Esperamos que nosso vidro inteligente custe um décimo do que custa o vidro inteligente atual porque nossa versão pode ser fabricada com os mesmos métodos usados ​​para fazer muitas peças de plástico e não requer tecnologia eletro-óptica complicada para comutação, "disse Keith Goossen, que liderou a equipe de pesquisa com Daniel Wolf da Universidade de Delaware.

As novas janelas inteligentes contêm um painel de plástico com um padrão de estruturas que é retrorrefletivo. Isso significa que, em vez de refletir a luz em todas as direções como um espelho, ele reflete a luz de volta na direção de onde veio, como um refletor de bicicleta.

No jornal The Optical Society (OSA) Optics Express , os pesquisadores demonstram um protótipo do novo vidro inteligente que consiste em um painel de plástico impresso em 3D coberto por uma câmara fina. Quando a câmara é preenchida com o salicilato de metila fluido - que corresponde às propriedades ópticas do plástico - as estruturas retrorrefletivas tornam-se transparentes.

"Embora tivéssemos que desenvolver novas maneiras de processar plásticos imprimíveis em 3D com bom desempenho óptico, desenvolver fluidos de combinação de índice de refração baratos e criar estruturas ópticas altamente reflexivas, a inovação aqui está principalmente em reconhecer que um conceito tão simples poderia funcionar, "disse Goossen.

Manter os carros frios

Uma das aplicações mais promissoras para o novo vidro comutável pode ser em carros, onde pode ser usado para mudar o pára-brisa para um estado reflexivo quando o carro está estacionado sob o sol quente.

"Você não pode usar o vidro comutável disponível atualmente comercialmente para esta aplicação porque no estado escuro o pára-brisa ainda absorve a luz do sol e fica quente, "disse Goossen." Porque nosso vidro é retrorrefletivo no estado não transparente, quase toda a luz é refletida, mantendo o copo, e assim o carro, de ficar quente. "

O fato de o vidro ser retrorrefletivo significa que, se fosse usado do lado de fora do arranha-céu, por exemplo, ele direcionaria a luz para o sol em vez de para a rua. Isso reduz a contribuição do edifício para o aquecimento da cidade, o que é um problema em muitas áreas urbanas.

Os pesquisadores também mostraram que os painéis retrorrefletivos de plástico podem ser usados ​​como uma estrutura de cobertura comutável de baixo custo que reduz os custos de aquecimento e resfriamento. Em lugares quentes e ensolarados o ano todo, Foi demonstrado que os materiais de cobertura brancos reduzem os custos de resfriamento, refletindo a luz solar. Contudo, em áreas com invernos frios, esses telhados brancos aumentam proibitivamente os custos de aquecimento no inverno.

"Aqui em Delaware, você gostaria de ter um telhado branco no verão para manter a casa fresca e um telhado escuro no inverno para absorver a luz solar e ajudar a reduzir os custos de aquecimento, "disse Goossen." Para telhados inteligentes, nossa nova tecnologia oferece um tipo de telhado frio mais eficaz porque é retrorrefletivo, ao mesmo tempo que permite que o telhado fique escuro no inverno. "

Para aplicações em telhados, uma camada de material colocada sob os painéis é usada para absorver a luz quando os painéis estão em seu estado claro. Isso ajuda a manter a casa mais quente quando as temperaturas externas são baixas. Embora o salicilato de metila usado no protótipo possa congelar em climas muito frios (menos de 16 graus Fahrenheit), fluidos resistentes ao congelamento podem ser desenvolvidos.

Impressão 3D do protótipo

Para fazer o novo vidro comutável, os pesquisadores começaram usando a impressão 3D para fazer painéis de plástico com estruturas retrorrefletivas repetidas de vários tamanhos para teste. Eles usaram um material transparente para impressão 3D disponível comercialmente e desenvolveram etapas de pós-processamento para garantir que o plástico permanecesse altamente transparente após a impressão e exibisse cantos muito precisos, que foram importantes para obter retrorreflecção.

"Sem a impressão 3D, teríamos que usar uma tecnologia de moldagem, que requer a construção de um molde diferente para cada estrutura diferente, "disse Goossen." Com a impressão 3D, poderíamos facilmente fazer qualquer estrutura que quiséssemos e, em seguida, executar experimentos para ver como ela funcionava. Para produção comercial, podemos usar moldagem por injeção padrão para fazer os painéis retrorrefletivos de maneira econômica. "

Depois que os pesquisadores descobriram o tamanho ideal a ser usado para as estruturas de repetição, eles realizaram testes ópticos para determinar se características como a rugosidade da superfície ou a absorção de luz do material causariam problemas ópticos inesperados. Esses testes ópticos mostraram que as estruturas funcionavam exatamente como indicado pelas simulações ópticas.

"Importante, também demonstramos que o dispositivo pode passar por milhares de ciclos de transparente a reflexivo sem qualquer degradação, "disse Goossen. Eles fizeram, Contudo, descubra que algum fluido permanece na estrutura em vez de escoar. Para resolver este problema, os pesquisadores estão desenvolvendo revestimentos que ajudarão o fluido a escoar do plástico sem deixar resíduos.

"Para demonstrar ainda mais a utilidade da tecnologia como vidro comutável, estamos construindo uma porta de escritório que incorpora o novo vidro inteligente como um painel de privacidade selecionável, "disse Goossen." Esses tipos de painéis são feitos atualmente com tecnologia muito mais cara. Esperamos que nossa abordagem possa ampliar esta e outras aplicações do vidro inteligente. "