فناوری‌های نو در تولید شیشه‌های هوشمند

شیشه هوشمند، گونه‌ای از شیشه و پنجره است که با استفاده از فناوری‌های نوین می‌توان با آن میزان جذب نور را در این‌گونه از شیشه‌ها تغییر داد. شیشه‌های آفتابگیر از انواع آن است. مفهوم شیشه‌های ضد آفتاب در ساختمان به این معناست که این شیشه‌ها می‌توانند از جذب گرمای نامطلوب ناشی از تشعشع پرتوهای نور خورشید پیشگیری کنند.

بیشتر شیشه‌ای که در ساختمان استفاده می‌شود، در جبهه بیرونی ساختمان قرار می‌گیرد. از این رو کنترل نور و حرارت وارد شده به بنا از این راه انجام شده و شیشه‌ها نقش بسیار مهم و پر رنگی در پایدار بودن  (زیست‌محیطی) ساختمان ایفا خواهند کرد. تحقیقات انجام شده در راستای بهبود کیفی شیشه‌ها، با بهره‌گیری از فناوری نانو، مشتمل بر چهار تصمیم کاربری است.

نخست، پوشش‌هایی به شکل فیلم‌های بسیار نازک که به طیف خاصی از امواج حساسند. چنین پوشش‌هایی این پتانسیل را برای شیشه فراهم می‌آورند تا بسامدهای ناخواسته فروسرخ  (که سبب گرم شدن فضا می‌شوند) را فیلتر کرده و از ورود آنها به داخل ساختمان جلوگیری کنند.

اگر چه این رویکرد سبب می‌شود ساختمان، انرژی گرمایی کمتری از نور خورشید دریافت کند، اما این نگرش، نوعی نگرش منفعلانه قلمداد می‌شود. به‌عنوان یک راهکار فعال، روش دوم مبتنی بر فناوری گرمافامی  (ترموکرومیک) است که به وسیله آن، شیشه به گرما واکنش نشان داده و نوعی سازوکار عایق‌بندی حرارتی را بر سر راه نور خورشید میسر می‌کند، درحالی‌که ساختمان از کسب نور کافی محروم نخواهد شد. در حالت کلی، این سازوکار مبتنی بر کسب نور کافی بدون کسب انرژی گرمایی است.

راهکار سوم، به نتیجه مشابهی اما با روش متفاوتی دست می‌یابد. در این روش که موسوم به فوتوکرومیک است، شیشه با افزایش جذب خود به تغییرات شدت نور واکنش نشان می‌دهد. روش آخر، استفاده از پوشش‌های برق‌فام  (الکتروکرومیک) است که در آن، شیشه به وسیله یک لایه از‌تری‌اکسیدتنگستن یا اکسیدنیکل، به تغییر ولتاژ ایجاد شده واکنش نشان می‌دهد.

در این روش به محض لمس یک دکمه بر تیرگی شیشه افزوده خواهد شد. ظهور فناوری نانو، زمینه‌ساز استفاده از نوعی شیشه برق‌فام نوین در ساختمان شد. نخستین و مهم‌ترین وجه تمایز میان فرآورده‌های جدید و نمونه‌های قدیمی‌تر، در این است که در فرآورده‌های جدید، تنها فشار دادن یک دکمه برای ایجاد تغییر در میزان انتقال نور از شیشه و تغییر از وضعیتی به وضعیت دیگر کافی است و مانند نمونه‌های قدیمی، نیازی به برقراری دائم جریان الکتریکی  (تا هنگامی که بخواهیم شیشه تیره بماند) نیست.

به این معنا با فشار دادن یک کلید شیشه از حالت شفاف خارج شده و با فشار دکمه دیگر به وضعیت قبلی بازمی‌گردد. از دیگر وجوه برتری نانو شیشه‌های آفتابگیر امکان برقراری سطوح مختلفی از انتقال پرتوها به وسیله میزان متفاوتی از تیرگی است.

حدود یک سوم انرژی یک ساختمان از طریق پنجره‌ها هدر می‌رود. به همین دلیل تلاش برای کاهش مصرف انرژی در ساختمان‌ها روی پنجره‌ها متمرکز شده است. مطالعات زیادی برای یافتن روش‌های ذخیره انرژی صورت گرفته و نیاز به ذخیره انرژی باعث شده تا انواع جدیدی از پنجره‌های شیشه‌ای در ساختمان‌ها و همچنین در دیوارهای سالن کنفرانس در اداره‌ها به‌کار برده شود.

این تکنولوژی کاربردهای فراوانی دارد. به‌عنوان مثال شیشه‌ای را تصور کنید که قابلیت تغییر از حالت شفاف به حالت کدر، توسط یک کلید را داشته باشد. می‌توان از این شیشه برای پنجره خانه  (در حالت نیاز به ایجاد عدم دید)، برای جلوی فروشگاه‌ها در شب و همچنین حمام استفاده کرد. با وجود اینکه استفاده از این شیشه خصوصی، هنوز متداول نشده اما نمونه‌های زیادی در تمام دنیا وجود دارد.

پنجره‌های هوشمند موجود، از پنجره‌های الکتروکرومیک گرفته تا پنجره‌های با ذرات معلق، همگی به کمک ما شتافته تا به طریق هوشمند به کنترل و بهینه‌سازی مصرف انرژی در ساختمان‌ها و اماکن عمومی کمک کند. تصور کنید که در یکی از گرم‌ترین روزهای آفتابی در تابستان، نور خورشید مستقیماً به اتاق شما می‌تابد و هیچ راه گریزی به جز استفاده از پنجره‌هایی با شیشه‌های دودی برای متعادل‌تر کردن گرما و نور اتاق ندارید.

همچنین دوست دارید تا تنها زمانی‌که نور شدت دارد شیشه درست مانند عینک‌های فتوکرومیک دودی شود. شیشه‌های الکتروکروماتیک دسته‌ای از شیشه‌ها هوشمند از الکتروکروماتیک‌ها بهره می‌برند. الکتروکروماتیک‌ها موادی هستند که رنگ آنها در اثر جریان الکتریکی تغییر می‌کند. جریان الکتریسته با ایجاد واکنش شیمیایی سبب تغییرات خصوصیات مواد می‌شود و کاری می‌کند تا آنها نور را جذب یا منعکس کنند. امروزه از صنعت الکترونیک در ساخت این نوع از شیشه‌های پنجره استفاده می‌شود.

نور خورشید به شیشه‌ها می‌تابد، اما از طرفی جریان الکتریکی برقرار شده، سبب می‌شود تا یون‌ها از لایه ذخیره یونی به سمت لایه هدایت یونی حرکت کرده و به لایه الکتروکروماتیکی رجعت و شیشه را شفاف کنند. با قطع الکتریسیته فرآیند برعکس عمل کرده شیشه مجددا تیره می‌شود. یکی از ویژگی‌های مواد الکتروکروماتیکی قابلیت تنظیم آنهاست به‌طوری که می‌توان شدت کدری آنها را با تغییر مقدار جریان تنظیم کرد.