Ново интелигентно покритие може да превърне прозорците в миниатюрни системи за съхранение на слънчева енергия, като едновременно с това регулира пропускането на светлина. Разработката на учени от Университета в Турку съчетава две ключови функции в един материал – промяна на цвета и съхранение на електрическа енергия. Технологията открива перспективи за следващо поколение „умни“ прозорци, които намаляват енергийните разходи на сградите.
Нарастващото търсене на устойчиви и енергийно ефективни технологии насочва вниманието към материали, способни да изпълняват няколко функции едновременно. В докторската си дисертация Сачин Кочрекар от Университета в Турку, Финландия, разработва нов клас материали, които могат както да променят цвета си, така и да съхраняват електрическа енергия.
Изследването се фокусира върху тънки полимерни филми, базирани на порфирини – органични молекули, широко разпространени в природата. Те се срещат например в хлорофила и хемоглобина. Именно благодарение на порфириновата структура в хлорофила растенията преобразуват слънчевата енергия чрез фотосинтеза, а способността на тези молекули да прехвърлят електрони ги прави особено интересни за съвременното материалознание.
Екипът създава новите мембранни структури чрез два различни подхода. При единия порфирините се комбинират с електропроводим материал в хибридна структура. При другия те се свързват чрез мостови молекули в по-проста полимерна мембрана.
Учените анализират и влиянието на различни метали върху свойствата на материала. В центъра на порфириновите структури са поставени никел, цинк или пък изобщо не е използван метал. Резултатите показват, че дори минимални промени в структурата оказват съществено влияние върху поведението на материалите.
Най-добри показатели демонстрира никеловият филм. Той променя цвета си между три различни състояния – черно, оранжево и зелено. Вариантите с цинк и без метал преминават между две цветови състояния.
Всички разработени материали реагират за по-малко от две секунди и осигуряват ясно визуално разграничение между отделните състояния. Освен това те запазват цвета си дори след прекъсване на електрозахранването.
Изследователите тестват мембраните и като устройства за съхранение на енергия. За целта използват електролит на водна основа, който е по-безопасен и по-екологичен от много от използваните в момента алтернативи.
Според авторите, това е първото проучване, в което полимерни мембрани на основата на порфирини функционират като електрохромни суперкондензатори във водна електролитна система.
И трите материала показват добри характеристики за съхранение на енергия. Това ги превръща в обещаваща основа за бъдещи многофункционални енергийни решения.
Практическите приложения са разнообразни: материалите могат да бъдат интегрирани в сензори, гъвкава електроника, интелигентно облекло и различни соларни системи.
Особено голям интерес предизвиква възможността за създаване на умни прозорци, които едновременно акумулират слънчева енергия и автоматично се затъмняват при силно слънцегреене, което би намалило необходимостта от охлаждане на интериора.
Потенциални приложения има и в автомобилната и авиационната индустрия. Технологията може да намери място в антирефлексни огледала, панорамни покриви, дисплейни системи и лещи за очила.
Друг перспективен сценарий е използването на новия тип материали в устройства за съхранение на енергия, при които промяната на цвета визуално показва нивото на заряд.
Материалите биха могли да служат и като индикатори в химически и биологични сензори. При контакт с определени газове или биомаркери те променят цвета си, което позволява бърза и лесна визуална диагностика.
