Onderzoekers van het Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) hebben een halfgeleider nanokristalcoatingmateriaal onthuld dat in staat is de warmte van de zon te regelen en toch transparant te blijven. Gebaseerd op elektrochrome materialen, die een elektrische schok gebruiken om een ​​helder raam te tinten, deze baanbrekende technologie is de eerste die selectief de hoeveelheid nabij-infraroodstraling regelt. Deze straling, wat leidt tot verwarming, gaat door de film zonder de zichtbare doorlaatbaarheid te beïnvloeden. Een dergelijk dynamisch systeem zou een kritische energiebesparende dimensie kunnen toevoegen aan "smart window"-coatings.

“Om een ​​transparant elektrochroom materiaal te hebben dat zijn transmissie in het infrarode deel van zonlicht kan veranderen, is volledig ongekend, " zegt Delia Milliron, directeur van de Inorganic Nanostructures Facility bij de Molecular Foundry van Berkeley Lab, die dit onderzoek leidde. “Wat meer is, de kleurefficiëntie van ons materiaal - een verdienste die de hoeveelheid stroom beschrijft die nodig is om dit ding te laten werken - is aanzienlijk hoger dan bij standaard elektrochrome materialen, wat betekent dat het ook erg efficiënt is.”

Dynamische raamcoatings kunnen leiden tot aanzienlijke energiebesparingen in gebouwen, die goed zijn voor meer dan 40 procent van de CO2-uitstoot in de Verenigde Staten. Volgens studies uitgevoerd door het National Renewable Energy Laboratory, slimme raamcoatings zouden het gebruik van klimaatbeheersings- en verlichtingssystemen kunnen compenseren met 49 procent voor airconditioning en 51 procent voor verlichting.

“Traditionele elektrochrome vensters kunnen niet selectief de hoeveelheid zichtbaar en nabij-infrarood licht regelen die door de film heen gaat. Wanneer geopereerd, deze ramen kunnen beide lichtgebieden blokkeren of tegelijkertijd binnenlaten, ", zegt Guillermo Garcia, een afgestudeerde student-onderzoeker bij de Foundry. “Dit werk vormt een opstap naar het ideale slimme raam, die selectief zou kunnen kiezen welk deel van het zonlicht nodig is om de temperatuur in een gebouw te optimaliseren.”

Om deze nieuwe coating te genereren, het team ontwikkelde een nanokristalfilm van elektrisch gedoteerd indiumtinoxide, een transparante halfgeleider die doorgaans wordt gebruikt als geleidende coating voor flatscreen-tv's. Door de elektronen in deze halfgeleidende film te manipuleren, ze konden de collectieve oscillaties van deze elektronen afstemmen - een fenomeen dat plasmonica wordt genoemd - over het nabij-infrarode frequentiebereik.

"Ons vermogen om gebruik te maken van plasmonen in gedoteerde halfgeleiders met een zeer gevoelige schakelrespons in het nabij-infraroodgebied doet ook denken aan toepassingen in telecommunicatie, Miliron voegt eraan toe. “We hebben deze synthese ook in WANDA gebracht, onze nanokristalrobot, wat betekent dat we materialen kunnen leveren voor een breed scala aan gebruikersprojecten. “

"Dit werk vergroot de veelzijdigheid van elektrochrome apparaten, het openen van een verscheidenheid aan nieuwe toepassingen in zonne- en thermische controle, ” zegt co-auteur Thomas Richardson, een stafwetenschapper in Berkeley Lab's Environmental and Energy Technologies Division. "Het innovatieve mechanisme met een hoge kleurefficiëntie biedt hoop op verbeterde schakelbereiken en duurzaamheid op lange termijn."

Garcia is de hoofdauteur en Milliron de corresponderende auteur van een artikel dat dit onderzoek in het tijdschrift rapporteert Nano-letters . Het artikel is getiteld "Dynamisch moduleren van de oppervlakteplasmonresonantie van gedoteerde halfgeleider nanokristallen." Co-auteur van het artikel met Garcia, Milliron en Richardson waren Raffaella Buonsanti, Evan Runnerström, Rueben Mendelsberg, Anna Llordes en André Anders.