I ricercatori hanno sviluppato una nuova tecnologia di pellicola ottica intelligente di facile utilizzo che consente ai dispositivi smart window di passare autonomamente dallo stato trasparente a quello opaco in risposta alle condizioni di luce circostante.

Il film nanocomposito ibrido 3-D proposto con una struttura di rete altamente periodica ha dimostrato empiricamente la sua alta velocità e prestazioni, consentendo alla finestra intelligente di quantificare e autoregolare la sua trasmittanza ottica ad alto contrasto. Come prova del concetto, un dispositivo smart window abilitato per app mobile per applicazioni Internet of Things (IoT) è stato realizzato utilizzando la pellicola ottica intelligente proposta con un'espansione riuscita alla scala da 3 a 3 pollici. Questa tecnologia efficiente dal punto di vista energetico ed economica è molto promettente per l'uso futuro in varie applicazioni che richiedono una modulazione della trasmissione ottica attiva.

Tecnologie flessibili di modulazione della trasmissione ottica per applicazioni intelligenti, comprese finestre di protezione della privacy, edifici a energia zero, e gli schermi di proiezione del fascio sono stati al centro dell'attenzione negli ultimi anni. Tecnologie convenzionali che utilizzavano stimoli esterni come elettricità, calore, o la luce per modulare la trasmissione ottica avevano solo applicazioni limitate a causa della loro bassa velocità di risposta, cambio colore non necessario, e bassa durata, stabilità, e sicurezza.

Il contrasto di modulazione della trasmissione ottica ottenuto controllando le interfacce di diffusione della luce su strutture superficiali 2-D non periodiche che spesso hanno una bassa densità ottica come crepe, rughe, e pilastri è anche generalmente basso. Inoltre, poiché le interfacce di diffusione della luce sono esposte e non soggette ad alcuna passivazione, possono essere vulnerabili a danni esterni e perdere le funzioni di modulazione della trasmissione ottica. Per di più, le interfacce di scattering nel piano che esistono casualmente sulla superficie rendono difficile la modulazione di un'ampia area con uniformità.

Ispirato da queste limitazioni, un gruppo di ricerca KAIST guidato dal professor Seokwoo Jeon del Dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali e dal professor Jung-Wuk Hong del dipartimento di ingegneria civile e ambientale ha utilizzato la tecnologia di nanopatterning di campo di prossimità (PnP) che produce efficacemente nanostrutture ibride 3D altamente periodiche, e una tecnica di deposizione di strati atomici (ALD) che consente il controllo preciso della deposizione di ossido e la fabbricazione di alta qualità di dispositivi a semiconduttore.

Il team ha quindi prodotto con successo un film ottico intelligente su larga scala con una dimensione di 3 per 3 pollici in cui sono inseriti nanogusci di allumina ultrasottili tra gli elastomeri in una nanorete periodica 3-D.

Questo film nanocomposito ibrido 3-D "meccano-reattivo" con una struttura di rete altamente periodica è il più grande film di modulazione della trasmissione ottica intelligente esistente. Il film ha dimostrato di avere una modulazione della trasmissione ottica all'avanguardia fino al 74% a lunghezze d'onda visibili dal 90% della trasmissione iniziale al 16% nello stato di dispersione sotto sforzo. La sua durata e stabilità sono state dimostrate da più di 10, 000 prove di dura deformazione meccanica compreso allungamento, rilascio, piegarsi, ed essendo posto ad alte temperature fino a 70°C. Quando questo film è stato utilizzato, la trasmittanza del dispositivo smart window è stata regolata prontamente e automaticamente entro un secondo in risposta alle condizioni di luce circostante.

Attraverso questi esperimenti, è stata identificata la fisica alla base dei fenomeni di diffusione ottica che si verificano nelle interfacce eterogenee. I loro risultati sono stati riportati nell'edizione online di Scienze avanzate il 26 aprile. Anche il gruppo del professor Jong-Hwa Shin del KAIST e il professor Young-Seok Shim dell'Università di Silla hanno collaborato a questo progetto.

Donghwi Cho, un dottorato di ricerca candidato in scienza e ingegneria dei materiali presso KAIST e co-autore principale dello studio, disse, "La nostra tecnologia a pellicola ottica intelligente può controllare meglio la trasmittanza ottica ad alto contrasto grazie a principi operativi relativamente semplici e con bassi costi e consumi energetici".

"Quando questa tecnologia viene applicata semplicemente attaccando la pellicola a una superficie di vetro intelligente convenzionale senza sostituire il sistema di finestre esistente, è possibile una rapida commutazione e una colorazione uniforme, garantendo allo stesso tempo una lunga durata, stabilità, e sicurezza. Inoltre, la sua vasta gamma di applicazioni per dispositivi estensibili o arrotolabili come i display a parete per uno schermo di proiezione a fascio soddisferà anche esigenze estetiche, " Ha aggiunto.