Smartes Fenster verdunkelt sich auf Knopfdruck

Harbin (China) - Blendendes Sonnenlicht lässt sich leicht mit Vorhängen oder Jalousien abschirmen. Gerade in Sommermonaten kann so ein Aufheizen der Innenräume vermieden werden. In Bürogebäuden könnten schaltbare Fenster, die sich auf Knopfdruck verdunkeln, diese Aufgabe eleganter und schneller erfüllen. Doch viele elektrochrome Beschichtungen, die bisher entwickelt wurden, reagieren relativ langsam und sind auch nicht besonders langlebig. Beide Probleme konnten nun chinesische Forschende mit einer neuen Beschichtung aus einer metallorganischen Gerüstverbindung – kurz MOF – lösen. Ihre Ergebnisse präsentieren sie in der Fachzeitschrift „ACS Energy Letters“.

Heute gibt es bereits eine Vielzahl von metallorganischen Gerüstverbindungen, die ihre Struktur und damit auch ihre optischen Eigenschaften unter elektrischer Spannung verändern können. Xueying Fan vom Harbin Institute of Technology wählte gemeinsam mit ihrer Arbeitsgruppe ein MOF-Material, in dem ein Nickelatom von mehreren organischen Molekülgruppen umgeben war – Ni-IRMOF-74. Dieses kristalline und zugleich poröse Material kann bei einer angelegten elektrischen Spannung Lithiumionen aufnehmen und damit die Gerüststruktur kontrolliert verändern.

In einem Prototyp für ein schaltbares Fenster brachten die Forschenden mehrere, hauchdünne und durchsichtige Schichten auf eine Glasscheibe auf. Über einer Schicht aus dem elektrochromen Ni-IRMOF-74 deponierten sie eine Lage aus Lithiumperchlorat. Als Elektroden für den elektrischen Schaltprozess nutzten sie transparente Schichten aus fluordotiertem Zinnoxid. Bei einer Spannung von 0,8 Volt wanderten Lithiumionen in das vorher farblose MOF-Material, das sich dabei grün färbte und schon etwas Licht abschirmte. Bei einer höheren Spannung von 1,6 Volt veränderte sich die MOF-Struktur dank der eingelagerten Lithiumionen abermals. Die Beschichtung wurde dunkelrot und ließ nur noch wenig Licht durch. Diese komplett umkehrbaren Farbwechsel erfolgten sehr schnell innerhalb von jeweils zwei Sekunden und ließen sich bis zu 4500 mal wiederholen.

Mit dieser Entwicklung zeigte das Team um Xueying Fan, dass sich ihr MOF-Material mit geringen elektrischen Spannungen sowohl schnell als auch häufig schalten ließ. Nun könnten weitere Prototypen entwickelt werden, die noch eine bessere Langzeitstabilität zeigen. Prinzipiell ließe sich auch die Farbe dieser Beschichtungen mit verschiedenen MOF-Materialien variieren. Selbst schaltbare Fenster, die gezielt nur UV-Licht oder Wärmestrahlung abschirmen und für sichtbares Licht transparent bleiben, sind vorstellbar.