p Kazuki Yoshimura, Grupo de filmes finos de controle de energia, o Instituto de Pesquisa de Materiais para o Desenvolvimento Sustentável do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Industrial Avançada, desenvolveu um espelho comutável que usa um novo método de comutação. p Os espelhos comutáveis ​​podem ser alternados entre um estado transparente e um estado de espelho. Seu uso pode produzir vidros de janela de economia de energia que reduzem substancialmente as cargas de resfriamento, bloqueando efetivamente a luz solar. A folha de espelho comutável desenvolvida usa uma nova comutação gasocrômica que é completamente diferente dos métodos convencionais de comutação gasocrômica. Ele pode controlar a reflexão da luz visível para o infravermelho próximo a uma velocidade de comutação cerca de 20 vezes mais rápida do que a do vidro eletrocrômico convencional comutável. O presente desenvolvimento pode resolver os problemas envolvidos em trazer espelhos comutáveis ​​gasocrômicos para uso prático. Como a espessura do filme fino que controla a luz é cerca de 1/10 da dos filmes convencionais, redução substancial no custo de produção é esperada.

p Detalhes desta tecnologia foram exibidos e apresentados na Nano tech 2013, a 12ª Exposição e Conferência Internacional de Nanotecnologia, realizada de 30 de janeiro a 1º de fevereiro no Tokyo Big Site em Koto-ku, Tóquio.

p O ar condicionado é responsável por cerca de 30% do consumo de energia em casa e no trabalho. Uma janela é um componente do edifício que afeta significativamente o consumo de energia. O vidro da janela normal transmite luz visível, bem como calor, e reduz a eficácia do isolamento. Aumentar o valor de isolamento das janelas é muito eficaz na economia de energia, e vidro de painel duplo e vidro de baixa emissividade (baixa emissividade) com altos valores de isolamento estão se tornando amplamente usados. O vidro selecionável pode controlar a luz e o calor que entram e saem para aumentar os efeitos de economia de energia, isolando o calor e bloqueando a luz solar.

p O vidro eletrocrômico controlável é um tipo típico de vidro comutável. Recentemente, nos Estados Unidos, O vidro eletrocrômico com um filme fino de óxido de tungstênio como camada selecionável tem sido comercializado para aplicações em construção. Contudo, vidro comutável barato é necessário para promover o uso generalizado.

p Todo vidro eletrocrômico convencional absorve luz para controlar a luz e, portanto, tem uma desvantagem; a temperatura do filme fino sobe e o filme re-irradia calor para a sala. Se a luz pudesse ser controlada pelo reflexo, então a luz do sol poderia ser bloqueada com mais eficiência. Portanto, espelhos comutáveis ​​que podem ser alternados entre o estado transparente e o estado de espelho são aguardados.

p Desde 2001, A AIST tem conduzido pesquisas e desenvolvimento de materiais de película fina para espelhos comutáveis. Ele instalou vidro de janela de tamanho real em um edifício real e demonstrou que o vidro pode reduzir a carga de resfriamento em mais de 30% em comparação com o vidro de janela de painel duplo transparente convencional.

p O vidro eletrocrômico comutável tem uma estrutura complexa e, portanto, é muito caro de produzir. O vidro gasocrômico tem uma estrutura simples que consiste em dois filmes finos e espera-se que seja um vidro comutável de baixo custo. A vantagem da comutação gasocrômica é que a velocidade de comutação independe do tamanho. Portanto, o método é considerado adequado para grandes vidros comutáveis. Contudo, sua durabilidade tem sido um problema.

p A AIST desenvolveu um espelho comutável de película fina de liga de magnésio-ítrio que pode realizar mais de 10, 000 ciclos de comutação (comunicado de imprensa AIST em 20 de setembro, 2012). Contudo, preocupações de segurança foram levantadas sobre o gás hidrogênio usado para a comutação. Portanto, a AIST tem conduzido a pesquisa e o desenvolvimento de um espelho comutável gasocrômico seguro.

p Os espelhos comutáveis ​​gasocrômicos convencionais são feitos de dois painéis de vidro colados a um espaçador. A comutação é realizada pela introdução de gás no espaço entre os painéis (Fig. 1). Quando o hidrogênio produzido pela eletrólise da água é introduzido no espaço, a película fina de espelho comutável é trocada de um estado de espelho para um estado transparente por hidrogenação. Quando o oxigênio é introduzido, o filme fino é mudado de volta do estado transparente para o estado de espelho por desidrogenação.

p O pesquisador descobriu que quando o vidro e uma folha transparente são colados sem um espaçador, um espaço de ar com uma espessura média de cerca de 0,1 mm é formado, e a comutação gasocrômica pode ser realizada pela introdução de gases no entreferro. Contudo, porque o entreferro é muito pequeno, a comutação não pode ser realizada de forma satisfatória pela introdução de hidrogênio ou oxigênio de uma maneira convencional. O pesquisador investigou o mecanismo de comutação gasocrômica e desenvolveu um novo método que pode realizar a comutação de forma satisfatória neste pequeno entreferro (Fig. 2). O vidro comutável que usa este novo método de comutação pode trocar tão bem quanto o vidro comutável gasocrômico convencional, mesmo que a folha esteja localmente em contato com o vidro em muitos pontos.

p O vidro comutável gasocrômico convencional deve ter vidros duplos e não pode ser usado em veículos, onde o vidro de painel único é usado. Adotando o método gasocrômico desenvolvido, uma folha transparente com película fina selecionável depositada por pulverização catódica, cuja borda é colada a um único painel de vidro, funciona como vidro comutável e pode ser usado em veículos.

p Com o método de comutação convencional, se um espaço de ar de 5 mm for fornecido entre duas vidraças de 1 x 1 m de vidro, o volume da lacuna é de 5 L e uma grande quantidade de gás é necessária para a comutação. Com o novo método de troca, o volume de gás necessário para trocar o vidro da mesma área é de apenas cerca de 100 mL - 1/50 do exigido com os métodos convencionais - permitindo a troca com uma pequena quantidade de hidrogênio. Além disso, a pequena quantidade de hidrogênio introduzida na lacuna é absorvida rapidamente pela película fina comutável, deixando pouco hidrogênio na lacuna e eliminando riscos como vazamento de hidrogênio.

p A velocidade de comutação do vidro de comutação eletrocrômico convencional depende da corrente através do filme condutor transparente e, portanto, diminui à medida que o tamanho do filme aumenta. Demora pelo menos cerca de 10 minutos para mudar completamente o vidro do tamanho de um metro se o comumente usado ITO (óxido de índio e estanho) for usado como o filme condutor transparente. Com o novo método de comutação gasocrômica, uma folha comutável de tamanho de um metro pode ser completamente comutada para um estado transparente em cerca de 30 s - uma velocidade de comutação cerca de 20 vezes mais rápida do que a de filmes gasocrômicos convencionais.

p Além disso, porque a comutação pode ser realizada com uma quantidade muito pequena de hidrogênio, a umidade (vapor d'água) do ar pode ser usada como fonte de hidrogênio. Por exemplo, a concentração de vapor d'água no ar é de cerca de 2% a uma temperatura de 30 ° C e umidade de 50% e a eletrólise desse vapor d'água pode produzir uma quantidade pequena, mas suficiente de hidrogênio para a comutação. Anteriormente, era necessário fornecer água para eletrólise de um tanque de água, mas com o novo método isso não é necessário:a comutação pode ser realizada simplesmente aplicando uma voltagem de cerca de 3 V ao filme de polímero para a produção de hidrogênio por eletrólise de vapor de água. Porque apenas uma concentração muito baixa de hidrogênio é produzida, não há risco de explosão.

p A Figura 3 mostra uma folha de espelho comutável que usa vapor de água no ar. Esta folha gasocrômica não requer gás ou água adicionada. Ele pode ser comutado simplesmente conectando uma bateria de 3 V aos terminais e é tão fácil de manusear quanto o vidro eletrocrômico comutável.

p Vidros e filmes comutáveis ​​foram produzidos por deposição de vapor de filmes finos usando o método de magnetron sputtering. Um dos principais fatores que determinam o custo de produção por esse método é a taxa de deposição de filme fino; o aumento da taxa de deposição reduz o custo de produção. O vidro eletrocrômico comutável comercializado normalmente tem cinco filmes finos e uma espessura total de cerca de 1 µm. A folha de espelho comutável desenvolvida tem dois filmes finos e uma espessura total de menos de 100 nm - cerca de 1/10 da espessura do vidro comutável eletrocrômico. Além disso, porque a folha de espelho comutável desenvolvida consiste apenas em filmes finos de metal com uma alta taxa de deposição, o tempo de deposição é muito mais curto do que o vidro eletrocrômico alternável convencional e uma redução acentuada no custo de produção é esperada.

p O pesquisador avaliará a durabilidade da folha por meio da troca cíclica. A tecnologia desenvolvida será aplicada nas áreas em que o vidro gasocrômico convencional comutável não pode ser utilizado, particularmente nas pequenas janelas usadas em veículos, trens, e aviões. Ele tem como objetivo aumentar a transmitância de luz visível do vidro para mais de 70% e usar o vidro para bloquear efetivamente a entrada da luz solar pelos pára-brisas do veículo. Ele também pretende estudar a deposição de película fina em grandes folhas em colaboração com o setor privado, visando o uso inicial desse vidro espelho comutável como vidro grande para edifícios.