Dunkle Fenster auf Knopfdruck

Schnelle elektrochemische Reaktion verdunkelt einen mehrschichtigen Prototyp binnen einer Minute
Prototyp eines schaltbaren Fensters, das sich dank elektrochemischer Reaktionen rasch verdunkeln lässt.
Prototyp eines schaltbaren Fensters, das sich dank elektrochemischer Reaktionen rasch verdunkeln lässt.
© Yue et al./Joule 2017
Stanford (USA) - Vorhänge und Jalousien werden mit Fenstern, die sich auf Knopfdruck verdunkeln, überflüssig. Doch dieser Komfort ist kostspielig, zudem reagieren die Gläser mit lichtaktiven Wolframoxid-Schichten langsam und altern schnell. Eine günstigere und vor allem deutlich schneller reagierende Alternative haben nun kalifornische Wissenschaftler auf der Basis eines metallhaltigen Gels entwickelt. Wie sie in der Erstausgabe der neuen Fachzeitschrift „Joule“ berichten, verdunkelte sich ihr schaltbares Fenster in weniger als einer Minute.

„Dynamische Fenster haben das Potenzial, Heiz- und Kühlkosten von Räumen um etwa ein Fünftel zu senken“, sagt Michael McGehee, Materialforscher an der Stanford University. Aber für eine weite Verbreitung solcher Fenster ist eine günstige und robuste Schalttechnologie nötig. Um dieses Ziel zu erreichen, lösten die Wissenschaftler kleine Mengen an Kupfer- und Silberperchlorat in einem wässrigen Gel auf. Eine dünne Schicht aus diesem Gel füllten sie zwischen eine Glasscheibe mit einem umlaufenden Kupferfilm als Elektrode und eine elektrisch leitfähige Schicht aus Indiumzinnoxid. Damit kein Gel an den Seiten austreten konnte, dichteten sie ihren quadratischen Prototyps mit fünf Zentimeter Kantenlänge mit einem gummiartigen Kunststoff ab.

Dieses Glas-Gel-Sandwich ließ im Ausgangszustand gut 80 Prozent des sichtbaren Lichts hindurch, war also weitestgehend durchsichtig. Doch legten McGehee und Kollegen eine geringe elektrische Spannung von nur - 0,6 Volt an, bildeten sich innerhalb weniger Sekunden in der Gelschicht erste winzige Kupfer- und Silberkristalle. Damit sich diese Metallpartikel gleichmäßig über die Fensterfläche verteilen konnten, hatten die Forscher zuvor winzige Platinpartikel auf der gesamten Indiumzinnoxid-Schicht deponiert. Diese dienten als Kristallisationskeime für die Metallpartikel.

Nach nur 30 Sekunden entstanden genug Kupfer- und Silberkristalle, um über die Streuung der Lichtwellen nur noch ein Fünftel des sichtbaren Lichts hindurch zu lassen. Nach drei Minuten verdunkelte sich das Minifenster fast vollständig, die Transmissionsrate des Lichts sank unter fünf Prozent. Wurde nun die Spannung umgepolt (+0,8 Volt), lösten sich die Metallpartikel wieder im Gel auf. Binnen 70 Sekunden war das Fenster so durchsichtig wie zuvor.

Auch nach mehr als 5000 Schaltzyklen ließ die Verdunklung des Prototyps nicht nach. So schätzen die Forscher, dass die Stabilität des Systems durchaus für einen langjährigen Einsatz ausreichen könnte. Auch die Kosten für die winzigen Mengen an Platin, Kupfer und Silber halten sich mit etwa zwei Euro für ein Fenster mit einem Quadratmeter Fläche in Grenzen. Vor einer möglichen Serienfertigung müsste allerdings noch ein effizientes Verfahren für deutlich größere Flächen entwickelt werden.

© Wissenschaft aktuell


 

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