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Os pesquisadores demonstraram um material para janelas dinâmicas de próxima geração, que permitiria aos ocupantes do edifício alternar suas janelas entre três modos: janelas transparentes ou “normais”; janelas que bloqueiam a luz infravermelha, ajudando a manter o edifício fresco; e vidros escuros que controlam o brilho enquanto mantêm a vista.
Janelas dinâmicas baseadas em eletrocromismo – ou seja, suas mudanças de opacidade em resposta a estímulos elétricos – não são um conceito novo. Mas, até este ponto, a maioria das janelas dinâmicas eram claras ou escuras.
“Nosso trabalho demonstra que há mais opções disponíveis”, diz Veronica Augustyn, co-autora correspondente de um artigo sobre o trabalho e Jake e Jennifer Hooks Distinguished Scholar in Materials Science and Engineering da North Carolina State University. “Especificamente, mostramos que é possível permitir que a luz passe pelas janelas e, ao mesmo tempo, ajudar a manter os edifícios mais frescos e, portanto, mais eficientes em termos energéticos.”
A chave para materiais de janela mais dinâmicos é a água.
Especificamente, os pesquisadores descobriram que quando a água está ligada à estrutura cristalina de um óxido de tungstênio – formando hidrato de óxido de tungstênio – o material exibe um comportamento até então desconhecido.
Os óxidos de tungstênio são usados há muito tempo em janelas dinâmicas. Isso ocorre porque o óxido de tungstênio normalmente é transparente. Mas quando você aplica um sinal elétrico e injeta íons de lítio e elétrons no material, o material fica escuro e bloqueia a luz.
Os pesquisadores mostraram agora que você pode ajustar com eficácia os comprimentos de onda da luz que são bloqueados quando você injeta íons e elétrons de lítio em um material relacionado chamado hidrato de óxido de tungstênio. Quando íons de lítio e elétrons são injetados no material hidratado, ele primeiro faz a transição para uma fase de “bloqueio de calor”, permitindo a passagem de comprimentos de onda visíveis de luz, mas bloqueando a luz infravermelha. Se mais íons de lítio e elétrons forem injetados, o material então transita para uma fase escura, bloqueando os comprimentos de onda da luz visível e infravermelha.
“A presença de água na estrutura cristalina torna a estrutura menos densa, de modo que a estrutura é mais resistente à deformação quando íons de lítio e elétrons são injetados no material”, diz Jenelle Fortunato, primeira autora do artigo e pós-doutora na NC. Estado. “Nossa hipótese é que, como o hidrato de óxido de tungstênio pode acomodar mais íons de lítio do que o óxido de tungstênio normal antes de se deformar, você obtém dois modos. Existe um modo ‘frio’ – quando a injeção de íons de lítio e elétrons afeta as propriedades ópticas, mas estrutural a mudança ainda não ocorreu – que absorve a luz infravermelha. E então, após a mudança estrutural ocorrer, há um modo ‘escuro’ que bloqueia a luz visível e infravermelha.”
“A descoberta do controle de luz de banda dupla (infravermelho e visível) em um único material que já é bem conhecido pela comunidade de janelas inteligentes pode acelerar o desenvolvimento de produtos comerciais com recursos aprimorados”, diz Delia Milliron, coautora correspondente do artigo. e Ernest Cockrell, Presidente Sênior nº 1 em Engenharia da Universidade do Texas em Austin. “Falando de forma mais ampla, o papel imprevisto da água estrutural na produção de propriedades eletroquímicas distintas pode inspirar a comunidade de pesquisa além dos desenvolvedores de janelas inteligentes, levando à inovação no armazenamento de energia e materiais de conversão.”
A pesquisa foi realizada com apoio da National Science Foundation, sob bolsa 1653827; o Escritório de Ciência do Departamento de Energia dos EUA, sob concessão DE-SC0023408; e a Fundação Welch, sob concessão F-1848.
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