نانو شیشه‌های الکتروکرمیک

تاریخچه

نقش شیشه‌ها در شرایط حرارتی درون ساخنمان را می‌توان از منظر دریافت نور، کسب انرژی از خورشید و اتلاف حرارتی ساختمان بررسی کرد. کیفیت شیشه‌های استفاده شده در بازشوها و قاب‌های شیشه‌ای، به شدت در میزان دریافت انرژی و میزان اتلاف حرارتی بنا مؤثر می‌باشد.
بخش عمدهٔ شیشه‌ای که در ساختمان‌سازی مورد استفاده قرارمیگیرد درپنجره مورد استفاده قرارمیگیرد. پنجره بخشی ازساختمان است که در سی سال گذشته تغییرات زیادی کرده‌است. سعی طراحان بربه حداقل رساندن مجموع ساخت پنجره در نمای بوده تاازهدررفتگی مساحت پنجره جلوگیری کند. بازارصنایع شیشه اروپا که بیش از ۴۵٪ ازسهم بازار جهانی شیشه را به خوداختصاص داده به ۸۰٬۰۰۰ واحدتولیدی رسیده‌است. پنجره هادر عین فعال بودن درپاسخگویی به نورخورشید وبادوباران هم شرایط محیطی ساختمان راتحت کنترل درآورد. وهم به کمک پایداری زیست‌محیط کمک کند. اما محصولات به دلیل سختی تنظیم ونگهداری و همچنین هزینه بالای تولیدشان اشاره کرد. پس در این میان کاربرد فناوری نانو به کمک مهندسان و صنعت شیشه سازی آمد. انواع شیشه‌ها را می‌توان نام برد.

شیشه‌های ضد آفتاب

تحقیقات انجام شده در راستای بهبود کیفی شیشه‌ها، با بهره‌گیری از فناوری نانو مشتمل بر چهار تصمیم راهبردی است.
۱- پوشش‌هایی به صورت فیلم نازک که به طیف خاصی از امواج حساس می‌باشند.
۲- روش ترموکرومیک
۳- روش فتو کرمیک
۴- استفاده از پوشش الکتروکرومیک
هر یک از این چهار روش با هدف کاهش مصرف انرژی مورد نیاز برای سرمایش ساختمان مورد استفاده قرار می‌گیرند. این نوع شیشه‌ها از جذب گرمای نامطلوب خورشید جلوگیری می‌کنند.
بیشترین شیشه‌ای در نمای ساختمان استفاده می‌شوند شیشه‌های ضد آفتاب هستند که با همان خاصیت فتوکرومیک ساخته می‌شوند. در این راستای بهبود کیفی شیشه‌ها با بهره‌گیری ازفناوری نانو مشتمل بر چهارتصمیم راهبردی است:
۱-پوشش‌های که به طیف خاصی ازامواج حساسند این پوششهابه صورت نوارهای باریک هستند. این خاصیت شیشه را دربرابر فرکانس‌های ناخواسته فروسرخ که سبب گرم شدن محیط می‌کند مقاوم ساخته است. البته این خاصیت باعث می‌شود که ساختمان انرژی گرمایی کمتری از نور خورشید داشته باشد و این خاصیت با معماری پایدار کمی مغایراست البته با راهبرد می‌توان نوعی سازوکار عایق بندی حرارتی برابرسر راه نور خورشید قرارداد تاساختمان از کسب نور کافی محروم نشود.
۳-که در این روش موسوم به فتوکرومیک است. شیشه با افزایش جذب خود به تغییرات شدت نور واکنش نشان می‌دهد و دیگر روش استفاده از پوشش‌های الکتروکروم است. همه این روش‌ها با کاهش مصرف انرژی موردنیاز برای سرمایش ساختمان مورد استفاده قرار می‌گیرند.

شیشه الکتروکرمیک چیست؟

برای تولید این نوع شیشه، شیشه به وسیله یک لایه از تری اکسید تنگستن یا اکسید نیکل، به تغییر ولتاژ ایجاد شده واکنش نشان می‌دهد. ویژگی بارز این نوع شیشه قابلیت تیره شدن آن‌ها و بازگشت به حالت اولیه می‌باشد. شیشهٔ ضدانعکاس
درعلم فیزیک ثابت شده‌است که امواج به سطوح می‌رسندوبسته به شفافیت وویژگی سطح به سه دسته منشعب می‌شوند. مقداری از امواج انعکاس –ومقداری ازسطوح می‌کنند. درباره‌ای ازکاربرد معماری
انعکاس نورعامل نامناسبی می‌باشد وازکیفیت زیبایی شناختی فضا می‌کاهد. پس متخصصان حوزه نانومواد را صنعت شیشه واردساختن تا همه چیزمضر را به حداقل رساند. گذرنورازمیان اجسام مانند شیشه وپلاستیک که بخشی ازنور برخوردکرده به خود را منعکس می‌کنندبه وسیله حجم نوردپبازتابیده شده محدود می‌شود. دربهترین حالت شیشه اجازه می‌دهد حداکثر ۹۰٪نورتابیده شده عبورکند و این عامل به سبب تفاوت ضریب شکست شیشه و هوای مجاور رخ می‌دهد پس بهترین عامل دربروزاین پدیده ضریب شکست محیطها می‌باشد. شیشه دی ضدانعکاس درطراحی داخلی وکاربردهای تزئینی ونمایشی بیشتر است. مانند کابینت و… وبااعمال روکش‌های متعددی بر روی شیشه‌های معمولی که هزینه‌های هنگفت تولیدومحصولات گران‌قیمت رادنبال دارد. پلاستیک نیزمانند شیشه ازخاصیت –خوبی برخوردارنیست. وروکش چندلایه آن به راحتی امکان‌پذیرنیست وازدیگرمعایب اینکه چنین سیستم‌های چندلایه‌ای متداخلی تنهادرطیف مرئی امواج نورانی یعنی طول موجی بین ۳۹۰ تا ۷۵۰ نانومتر عمل کرده ودربخش‌های دیگر طیف بازتابندگی را افزایش میدهدومتأسفانه مزیت به دست آمده دربخش طیف مرئی برچنین بخش غیر مرئی غلبه نمی‌کند و می‌توان گفت این شیشه‌ها برای استفاده در جمع‌کننده‌های انرژی خورشیدی کاربرد ندارد. یک لایه از این شیشه‌های چندلایه رادرمحلولی فرومی برندتا محصول شیشه‌ای قابلیت عبوردادن طیف گسترده‌تری ازامواج نوری راداشته باشد. در این شیشه‌ها ضریب شکست نور برای بیرونی‌ترین لایه کم بوده وبادقت مشخص می‌شودوضخامت این لایه بیرونی حائز اهمیت است ومی توان این لایه با ضخامت ۱۵۰ نانومترانتخاب کرد. اگرچه این عملیات دقیق رابرای لایه بیرونی شیشه انجام دهیم سهم پرتوی بازتابیده شده نسبت به امواج برخورد کرده باشیشه از درصد به ۱ درصد کاهش خواهدیافت. درتولیدسنتی شیشه‌های ضدانعکاس نقاط ضعفی وجودداردازقبیل :محدودشدن محدوده-عبورکننده ازشیشه وزاینده‌های پیچیده وپرهزینه که در این میان نانو مواد می‌تواند این مشکل را حل کند. این شیشه‌ها توانایی در افزایش امکان عبورامواج نورانی خورشید نسبت داد که در نتیجه پهنای – طیف قابل عبورازشیشه میسرشده‌است. روش مقرون به صرفه در ساخت شیشه ضدانعکاس بهره‌گیری از اثرچشم شب‌پره است. بررسی قرنیه چشم شب‌پره‌ها که درشب فعال است. کی ازوجودساختاری درچشم این حشرات است که انعکاس نوررا به حداقل می‌رساند. بااستفاده ازروش‌های شبیه منبت کاری گرم می‌توان شفافیت دیداری شیشه را تابش از ۹۷٪ وشفافیت پلاستیک‌ها راتاپس از ۹۹٪ ارتقاء داد وعلاوه بر بهبود خواص عدم انعکاس شیشه ویژگی‌های ضد- شیشه ساکن ودفع کثیفی آن نیز بهبود پیدا می‌کند. زمینه‌های دیگر در استفاده از محصولات نانو شیشه تولید وجمع‌کننده‌های انرژی خورشیدی است. درنانو شیشه‌های بکاررفته در این جمع‌کننده‌های هم طیف امواج نورانی امکان عبور ازطیف امواج نورانی راداشته وبنابراین حداکثر بازدهی وبیشترین مقدارتولید انرژی راممکن می‌سازد. برخلاف شیشه‌های قدیمی زاویه برخورد نور باشیشه تأثیر مثبتی برانتقال آن ازمیان شیشه خواهد داشت و این قسمت‌ها وابستگی کمتری به جهت وزاویه تابش دارد ومی توان در فصل‌های مختلف سال ازکارایی مشابهی برخوردارخواهندبود. علاوه بر-نانوپوش‌ها ازعمربیشتری برخوردارهستندنسبت به نوع سنتی خودشان وکمترجذب آلودگی وکثیف شدن قرارمی‌گیرند.
فناوری اپتو-الکترویک:حوزه‌ای ازدانش است که براساس نانوذرات شکل گرفته‌است وابعادومشخصه‌های اپتیکی، شیمیایی، فیزیکی آن به دقت کنترل می‌گردد. ذرات نانو کوچکترازطول موج امواج مرئی هستند. تولیدکنندهٔ روشی جدیدوخلاقانه است که این ساختار جدید تشکیل شده از ریزذرات به شکل توپ‌های بزرگ دی‌اکسید سیلیکون در حدود ۳۰ تا ۵۰ نانومتر.
برای تولید شیشه‌های ضد انعکاس دوروش موجود است:۱-کشیدن یک لایه پوشش ضد انعکاس که شامل انواع ذرات سلیس دراندازه‌های مختلف است. ذرات بزرگتر برای تولید ساختار لایه می‌باشندوذرات کوچکترمقاومت مکانیکی راایجادمیکنند. میزان پرتوهای نوربازتاب یافته شده ازسطح این شیشه‌ها در حدود ۱ درصد وحجم ان بیش از ۹۹ درصد است. ۲-باکمک پوش‌های چندلایه‌ای ازمواد نیمه ژلاتینی می‌توان در این شیشه امکان اینکه طول موج‌های تابیده شده به خود به گونه‌ای برخورد کند. علاوه بر این شیشه‌های روش دوم با آب وذرات آلی خیس شده و قابل تمیز شدن هستند وزاویه تابش آب با این شیشه هابیش از ۸۰ درجه است. وخصوصیات دیگراین این شیشه‌ها زاویه برخورد پرتوباشیشه، تأثیر زیادی بر نحوه انعکاس یاعبور آن نمی‌گذارد و به ازای زاویه تماس از صفرتا ۷۵ درجه. در میزان انتقال پرتو هاازشیشه هاتن‌ها بین ۵ تا ۸ درصد تغییر به وجود می‌آید.

مزایا

مزایای این نوع شیشه‌ها عبارتند از:
- جلوگیری از اتلاف انرژی در ساختمان
- بهینه‌سازی مصرف انرژی در ساختمان و کاهش مصرف انرژی مورد نیاز برای تأمین سرمایش ساختمان
- فراهم کردن منظره و دید بصری برای افراد درون ساختمان
- بهره‌مندی از نور طبیعی در ساختمان
- فراهم کردن امکان بهره‌گیری از سطوح وسیع شیشه‌ای در نمای ساختمان