Onderzoekers hebben een nieuwe, gebruiksvriendelijke slimme optische filmtechnologie ontwikkeld waarmee slimme raamapparaten autonoom kunnen schakelen tussen transparante en ondoorzichtige toestanden als reactie op de omgevingslichtomstandigheden.

De voorgestelde 3-D hybride nanocomposietfilm met een zeer periodieke netwerkstructuur heeft empirisch zijn hoge snelheid en prestaties aangetoond, waardoor het slimme venster zijn contrastrijke optische transmissie kan kwantificeren en zelfreguleren. Als proof-of-concept, een smart window-apparaat met mobiele app voor Internet of Things (IoT) -toepassingen is gerealiseerd met behulp van de voorgestelde slimme optische film met succesvolle uitbreiding naar de schaal van 3 bij 3 inch. Deze energiezuinige en kosteneffectieve technologie is veelbelovend voor toekomstig gebruik in verschillende toepassingen die actieve optische transmissiemodulatie vereisen.

Flexibele optische transmissiemodulatietechnologieën voor slimme toepassingen, waaronder vensters voor privacybescherming, nul-energie gebouwen, en beam projectieschermen staan ​​de laatste jaren volop in de belangstelling. Conventionele technologieën die gebruik maakten van externe prikkels zoals elektriciteit, warmte, of licht om optische transmissie te moduleren had slechts beperkte toepassingen vanwege hun lage reactiesnelheden, onnodige kleurwisseling, en lage duurzaamheid, stabiliteit, en veiligheid.

Het optische transmissiemodulatiecontrast dat wordt bereikt door het regelen van de lichtverstrooiingsinterfaces op niet-periodieke 2D-oppervlaktestructuren die vaak een lage optische dichtheid hebben, zoals scheuren, rimpels, en pilaren is over het algemeen ook laag. In aanvulling, aangezien de lichtverstrooiingsinterfaces worden blootgesteld en niet onderhevig zijn aan passivering, ze kunnen kwetsbaar zijn voor externe schade en kunnen optische transmissiemodulatiefuncties verliezen. Verder, in-plane verstrooiingsinterfaces die willekeurig op het oppervlak voorkomen, maken modulatie van een groot gebied met uniformiteit moeilijk.

Geïnspireerd door deze beperkingen, een KAIST-onderzoeksteam onder leiding van professor Seokwoo Jeon van het Department of Materials Science and Engineering en professor Jung-Wuk Hong van het Department of Civil and Environmental Engineering gebruikte proximity-field nanopatterning (PnP) -technologie die effectief zeer periodieke 3-D hybride nanostructuren produceert, en een atomic layer deposition (ALD) techniek die de nauwkeurige controle van oxidedepositie en de hoogwaardige fabricage van halfgeleiderinrichtingen mogelijk maakt.

Het team produceerde vervolgens met succes een grootschalige slimme optische film met een afmeting van 3 bij 3 inch waarin ultradunne aluminiumoxide-nanoschillen tussen de elastomeren in een periodiek 3D-nanonetwerk worden geplaatst.

Deze "mechano-responsieve" 3D hybride nanocomposietfilm met een zeer periodieke netwerkstructuur is de grootste slimme optische transmissiemodulatiefilm die er bestaat. Het is aangetoond dat de film een ​​ultramoderne optische transmissiemodulatie heeft tot 74% bij zichtbare golflengten van 90% initiële transmissie tot 16% in de verstrooiingstoestand onder spanning. Zijn duurzaamheid en stabiliteit werden bewezen door meer dan 10, 000 tests van zware mechanische vervorming inclusief uitrekken, vrijgeven, buigen, en wordt geplaatst onder hoge temperaturen tot 70°C. Toen deze film werd gebruikt, de transmissie van het smart window-apparaat werd snel en automatisch binnen één seconde aangepast in reactie op de omgevingslichtomstandigheden.

Door deze experimenten, de onderliggende fysica van optische verstrooiingsverschijnselen die optreden in de heterogene interfaces werden geïdentificeerd. Hun bevindingen werden gerapporteerd in de online editie van Geavanceerde wetenschap op 26 april. KAIST Professor Jong-Hwa Shin's groep en Professor Young-Seok Shim aan de Silla University werkten ook samen aan dit project.

Donghwi Cho, een doctoraat kandidaat in materiaalkunde en engineering bij KAIST en co-hoofdauteur van de studie, zei, "Onze slimme optische filmtechnologie kan de optische transmissie met hoog contrast beter regelen door relatief eenvoudige bedieningsprincipes en met een laag energieverbruik en lage kosten."

"Wanneer deze technologie wordt toegepast door de folie eenvoudigweg op een conventioneel slim vensterglasoppervlak te bevestigen zonder het bestaande raamsysteem te vervangen, snelle omschakeling en uniforme kleuring zijn mogelijk terwijl ook de duurzaamheid wordt gewaarborgd, stabiliteit, en veiligheid. In aanvulling, het brede scala aan toepassingen voor rekbare of oprolbare apparaten, zoals wanddisplays voor een beam-projectiescherm, zal ook voldoen aan esthetische behoeften, " hij voegde toe.