I ricercatori hanno dimostrato finestre prototipo che passano da riflettenti a trasparenti con la semplice aggiunta di un liquido. Le nuove finestre commutabili sono facili da produrre e potrebbero un giorno mantenere fresche le auto parcheggiate al sole o rendere gli edifici per uffici più efficienti dal punto di vista energetico. La tecnologia può essere utilizzata anche per realizzare pannelli del tetto che mantengono le case fresche d'estate e calde d'inverno.

Sebbene sia disponibile in commercio un vetro che utilizza una tensione applicata per passare da uno stato trasparente a uno opaco o colorato, il suo costo elevato, circa $ 100 per piede quadrato, ha ostacolato l'uso diffuso.

"Ci aspettiamo che il nostro vetro intelligente costi un decimo di quello che costa il vetro intelligente attuale perché la nostra versione può essere prodotta con gli stessi metodi utilizzati per realizzare molte parti in plastica e non richiede una complicata tecnologia elettro-ottica per la commutazione, "ha detto Keith Goossen, che ha guidato il gruppo di ricerca con Daniel Wolf dell'Università del Delaware.

Le nuove finestre intelligenti contengono un pannello di plastica con un motivo di strutture retroriflettente. Ciò significa che invece di riflettere la luce in tutte le direzioni come uno specchio, riflette la luce nella direzione da cui proviene come un riflettore di bicicletta.

Nella rivista The Optical Society (OSA) Ottica Express , i ricercatori dimostrano un prototipo del nuovo vetro intelligente costituito da un pannello di plastica stampato in 3D coperto da una camera sottile. Quando la camera viene riempita con il salicilato di metile fluido, che corrisponde alle proprietà ottiche della plastica, le strutture retroriflettenti diventano trasparenti.

"Anche se abbiamo dovuto sviluppare nuovi modi per elaborare la plastica stampabile in 3D con buone prestazioni ottiche, sviluppare fluidi di corrispondenza dell'indice di rifrazione poco costosi e realizzare strutture ottiche altamente riflettenti, l'innovazione qui sta principalmente nel riconoscere che un concetto così semplice potrebbe funzionare, " disse Goossen.

Mantenere fresche le auto

Una delle applicazioni più promettenti per il nuovo vetro commutabile potrebbe essere nelle automobili, dove potrebbe essere usato per cambiare il parabrezza in uno stato riflettente quando l'auto è parcheggiata al sole caldo.

"Non è possibile utilizzare il vetro commutabile oggi disponibile in commercio per questa applicazione perché nello stato oscurato il parabrezza assorbe ancora la luce solare e diventa caldo, " ha detto Goossen. "Poiché il nostro vetro è retroriflettente nello stato non trasparente, quasi tutta la luce si riflette, tenendo il bicchiere, e quindi la macchina, dal caldo."

Il fatto che il vetro sia retroriflettente significa che se fosse utilizzato all'esterno del grattacielo, Per esempio, dirigerebbe la luce verso il sole piuttosto che verso la strada. Ciò riduce il contributo dell'edificio al riscaldamento della città, che è un problema in molte aree urbane.

I ricercatori hanno anche dimostrato che i pannelli retroriflettenti in plastica possono essere utilizzati come una struttura di copertura commutabile economica che riduce i costi di riscaldamento e raffreddamento. In luoghi caldi e soleggiati tutto l'anno, è stato dimostrato che i materiali di copertura bianchi riducono i costi di raffreddamento riflettendo la luce solare. Però, nelle zone con inverni freddi, questi tetti bianchi aumentano in modo proibitivo i costi di riscaldamento in inverno.

"Qui nel Delaware, ti piacerebbe avere un tetto bianco in estate per mantenere la casa fresca e un tetto scuro in inverno per assorbire la luce del sole e aiutare a ridurre i costi di riscaldamento, " ha detto Goossen. "Per il tetto intelligente, la nostra nuova tecnologia offre un tipo di tetto fresco più efficace perché è retroriflettente e consente anche al tetto di passare all'oscurità in inverno."

Per applicazioni su coperture, uno strato di materiale posto sotto i pannelli viene utilizzato per assorbire la luce quando i pannelli sono allo stato limpido. Questo aiuta a mantenere la casa più calda quando le temperature esterne sono fredde. Sebbene il salicilato di metile utilizzato nel prototipo potrebbe congelare in climi molto freddi (meno di 16 gradi Fahrenheit), potrebbero essere sviluppati fluidi resistenti al gelo.

Stampa 3D del prototipo

Per realizzare il nuovo vetro intercambiabile, i ricercatori hanno iniziato utilizzando la stampa 3D per realizzare pannelli di plastica con strutture retroriflettenti ripetute di varie dimensioni per i test. Hanno utilizzato un materiale stampabile 3D trasparente disponibile in commercio e sviluppato fasi di post-elaborazione per garantire che la plastica rimanesse altamente trasparente dopo la stampa e mostrasse angoli molto precisi, importanti per ottenere la retroriflessione.

"Senza la stampa 3D, avremmo dovuto utilizzare una tecnologia di stampaggio, che richiede di costruire uno stampo diverso per ogni diversa struttura, " ha detto Goossen. "Con la stampa 3D, potevamo facilmente realizzare qualsiasi struttura volessimo e poi eseguire esperimenti per vedere come si comportava. Per la produzione commerciale, possiamo utilizzare lo stampaggio a iniezione standard per realizzare i pannelli retroriflettenti in modo economico".

Una volta che i ricercatori hanno individuato la dimensione ottimale da utilizzare per le strutture ripetitive, hanno eseguito test ottici per determinare se caratteristiche come la rugosità superficiale o l'assorbimento della luce del materiale avrebbero causato problemi ottici imprevisti. Questi test ottici hanno mostrato che le strutture funzionavano esattamente come indicato dalle simulazioni ottiche.

"È importante che abbiamo anche dimostrato che il dispositivo può subire migliaia di cicli da trasparente a riflettente senza alcun degrado, " disse Goossen. Lo fecero, però, scoprire che un po' di fluido rimane sulla struttura invece di defluire. Per risolvere questo problema, i ricercatori stanno sviluppando rivestimenti che aiuteranno il fluido a drenare la plastica senza lasciare residui.

"Per dimostrare ulteriormente l'utilità della tecnologia come vetro intercambiabile, stiamo costruendo una porta per ufficio che incorpora il nuovo vetro intelligente come pannello per la privacy commutabile, " ha detto Goossen. "Questi tipi di pannelli sono attualmente realizzati con una tecnologia molto più costosa. Speriamo che il nostro approccio possa ampliare questa e altre applicazioni del vetro intelligente".