I ricercatori del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) hanno svelato un materiale di rivestimento di nanocristalli semiconduttori in grado di controllare il calore del sole pur rimanendo trasparente. Basato su materiali elettrocromici, che usano una scossa di carica elettrica per oscurare una finestra trasparente, questa tecnologia innovativa è la prima a controllare selettivamente la quantità di radiazione nel vicino infrarosso. Questa radiazione, che porta al riscaldamento, passa attraverso il film senza alterare la sua trasmittanza visibile. Un sistema così dinamico potrebbe aggiungere una dimensione critica di risparmio energetico ai rivestimenti per "finestre intelligenti".

“Avere un materiale elettrocromico trasparente che può cambiare la sua trasmittanza nella porzione infrarossa della luce solare è completamente senza precedenti, "dice Delia Milliron, direttore dell'Inorganic Nanostructures Facility con la Molecular Foundry di Berkeley Lab, che ha condotto questa ricerca. “Inoltre, l'efficienza di colorazione del nostro materiale - una cifra di merito che descrive la quantità di corrente necessaria per far funzionare questa cosa - è sostanzialmente superiore ai materiali elettrocromici standard, il che significa che è anche molto efficiente."

I rivestimenti dinamici per finestre potrebbero tradursi in significativi risparmi energetici negli edifici, che rappresentano oltre il 40% delle emissioni di carbonio negli Stati Uniti. Secondo gli studi condotti presso il National Renewable Energy Laboratory, rivestimenti per finestre intelligenti potrebbero compensare l'uso di sistemi di climatizzazione e illuminazione fino al 49% per l'aria condizionata e il 51% per l'illuminazione.

“Le finestre elettrocromiche tradizionali non possono controllare selettivamente la quantità di luce visibile e infrarossa vicina che trasmette attraverso il film. Quando operato, queste finestre possono bloccare entrambe le regioni di luce o farle entrare contemporaneamente, "dice Guillermo Garcia, uno studente laureato ricercatore presso la Fonderia. “Questo lavoro rappresenta un trampolino di lancio verso la finestra intelligente ideale, che sarebbe in grado di scegliere selettivamente quale regione di luce solare è necessaria per ottimizzare la temperatura all'interno di un edificio”.

Per generare questo nuovo rivestimento, il team ha sviluppato un film di nanocristalli di ossido di indio e stagno drogato elettricamente, un semiconduttore trasparente tipicamente utilizzato come rivestimento conduttivo per televisori a schermo piatto. Manipolando gli elettroni all'interno di questo film semiconduttore, potrebbero sintonizzare le oscillazioni collettive di questi elettroni, un fenomeno chiamato plasmonica, attraverso la gamma di frequenze del vicino infrarosso.

“La nostra capacità di sfruttare i plasmoni nei semiconduttori drogati con una risposta di commutazione molto sensibile nella regione del vicino infrarosso ricorda anche le applicazioni nelle telecomunicazioni, Millron aggiunge. “Abbiamo portato questa sintesi anche in WANDA, il nostro robot nanocristallino, il che significa che saremo in grado di fornire materiali per un'ampia varietà di progetti utente. “

“Questo lavoro amplia la versatilità dei dispositivi elettrocromici, aprendo una varietà di nuove applicazioni nel controllo solare e termico, ", afferma il coautore Thomas Richardson, uno scienziato del personale nella divisione Environmental and Energy Technologies di Berkeley Lab. "L'innovativo meccanismo con un'elevata efficienza di colorazione offre speranza per intervalli di commutazione migliorati e durata a lungo termine."

Garcia è l'autore principale e Milliron l'autore corrispondente di un articolo che riporta questa ricerca sulla rivista Nano lettere . Il documento è intitolato "Modulare dinamicamente la risonanza plasmonica superficiale dei nanocristalli semiconduttori drogati". Milliron e Richardson erano Raffaella Buonsanti, Evan Runnerstrom, Rueben Mendelsberg, Anna Llordes e Andre Anders.