Jei prieš kelis dešimtmečius kam nors būtumėte pasakęs, kad ateityje turėsime išjungiamus langus, jus būtų palaikę bepročiu. Tačiau dabar tai – realybė. Elektrochrominiai langai per sekundę pasikeičia iš skaidrių į neperšviečiamus. Tik kaip? Ir kokia iš jų nauda?
Elektrochrominis stiklas yra praktiškai neatskiriamas nuo įprasto. Tačiau kažkur jis visada turi mygtuką, kurį nuspaudus visas stiklas staiga pasikeičia ir tampa neperšviečiamu. Elektrochrominiai stiklai jau naudojami automobiliuose, lėktuvuose, biuruose, o ir prototipinį telefoną su tokiu stiklu jau matėme. Ir jokios magijos čia nėra.
Pirmos kartos elektrochrominiai stiklai nebuvo labai praktiški. Jie pasižymėjo gelsvu atspalviu, todėl niekada nebuvo visiškai skaidrūs. Ir persijungimas iš vieno režimo į kitą dažnai trukdavo kelias minutes, priklausomai nuo tokio stiklo dydžio. Tačiau dabartiniai elektrochrominiai stiklai yra skaidrūs, neturi gelsvo atspalvio ir pasikeičia per akimirką.
Kaip veikia elektrochrominis stiklas?
Egzistuoja daug įvairių elektrochrominio stiklo rūšių. Skirtingų gamintojų prietaisai naudoja skirtingas medžiagas ir pasiekia skirtingus rezultatus. Kai kurie stiklai nėra visiškai skaidrūs ir turi šiokį-tokį atspalvį, kiti savo išvaizda niekuo nesiskiria nuo įprasto stiklo. Gaminami ir elektrochrominiai veidrodžiai, ir spalvoti stiklai. Tačiau šįkart labai trumpai apibūdinsime dažnai naudojamą laminuotą elektrochrominį stiklą, kurio pagrindas – ličio jonai.
Elektrochrominį stiklą sudaro septyni sluoksniai. Pačiame centre yra elektrolitas, kuris gali būti skystas gelis arba kieta medžiaga (pavyzdžiui, tantalo pentoksidas arba cirkonio dioksidas). Vienoje elektrolito pusėje surasite jonų saugojimo sluoksnį – šiame pavyzdyje tai yra ličio kobalto oksidas. Kitoje elektrolito pusėje yra elektrochrominė medžiaga (medžiaga, kuri keičia spalvą ar skaidrumą nuo elektros srovės). Tai gali būti volframo trioksido ar panašios medžiagos sluoksnis. Šį sumuštinį iš abiejų pusių dengia elektrodai – itin ploni skaidrios ir elektrai laidžios medžiagos sluoksniai. Na, o išorinėje dalyje, žinoma, yra stiklas arba plastikas.
Kai per elektrodus paleidžiama silpna elektros srovė, ličio jonai pradeda migruoti per elektrolitą. Jie greitai tarsi į kempinę įsiskverbia į elektrochrominės medžiagos (volframo trioksido) sluoksnį. Paprastai tariant, naudojant šį pavyzdį, labai plonas volframo trioksido sluoksnis įprastai yra permatomas, tačiau su ličio jonais jis nebėra skaidrus. Taigi, kai ličio jonai perginami iš vieno sluoksnio į kitą, stiklas tampa labai tamsus.
Įdomu tai, kad tie ličio jonai ir pasiliks ten, kur yra, jei stiklo vėl nepaveiks elektros srovė. Kitaip tariant, elektrochrominis stiklas elektros energiją naudoja tik tada, kai keičia skaidrumą.
Dar kartą priminsime, kad elektrochrominių stiklų būna labai įvairių. Labai dažnai naudojamas vadinamasis Karaliaučiaus mėlis (geležies ferocianidas, dar vadinamas Prūsijos mėliu) ir volframo oksidas, todėl tamsėdami langai taip pat mėlynuoja.
Galiausiai, egzistuoja ir labai plonų priklijuojamų tamsinamų skystųjų kristalų plėvelių. Įprastai jos neleidžia pasirinkti skaidrumo lygio ir turi du nustatymus – įjungtos ar išjungtos. Kai elektros srovės dėka tarp dviejų plastiko sluoksnių esantys skystieji kristalai yra tvarkingai išrikiuojami, jie praleidžia šviesą ir plėvelė tampa skaidri. Geresni skystųjų kristalų stiklai leidžia kontroliuoti skaidrumą, į tvarkingą peršviečiamą eilę iš karto išrikiuodami ne visus kristalus.
Labai panašiai veikia ir plūduriuojančių dalelių stiklai. Dalelės taip pat gali būti išrikiuojamos tvarkingai, paverčiant stiklą permatomu, arba paliktos išsidėsčiusios atsitiktine tvarka.
Kur elektrochrominiai stiklai jau naudojami ir kam jie reikalingi?
Automobiliuose. Automatiškai patamsėjantys veidrodėliai ir reguliuojamo skaidrumo stoglangiai – geras elektrochrominio stiklo panaudojimo pavyzdys. Štai McLaren yra vienas iš plačiai elektrochrominius stoglangius naudojančių gamintojų. Didelis stoglangis atrodo prabangiai, tačiau nėra labai praktiškas – per jį spiginanti saulės šviesa greitai įkaitina automobilio vidų. Elektrochrominis stiklas leidžia pasirinkti, kiek saulės šviesos turėsite salone. Kartu tai yra lengvas būdas išvengti žalingo ultravioletinių spindulių poveikio. Tuomet dideli ir negražūs skydeliai, kurie dar ir užima papildomą vietą, tiesiog tampa nereikalingi.
Lėktuvuose. Boeing 787-8 Dreamliner turi elektrochrominius langus, kurie keleiviams labai patinka. Jie keičia įprastus skydelius ir yra praktiškesni. Daugelis keleivių, įskaitant šio straipsnio autorių, keliaudami lėktuvu mėgsta žvalgytis pro langą. Tačiau kartais ryški šviesa ima erzinti ir tenka nuleisti užsklandą. Elektrochrominis stiklas leidžia pakeisti lango skaidrumą taip, kad šviesa nebeakintų ir vis tiek būtų galima pasižvalgyti. Naujas Boeing 777X taip pat turės tokius langus.
Telefonuose. OnePlus neseniai pristatė prototipinį Concept One su kameras dengiančiu elektrochrominiu stiklu. McLaren, beje, padėjo jį sukurti. Šis stiklas slepia kameras ir tiesiog pagerina telefono išvaizdą, tačiau kartu jis leidžia reguliuoti į kameros jutiklį patenkančios šviesos kiekį – itin ryškiai apšviestoje aplinkoje tai yra labai naudinga. Integruoti laminuotą elektrochrominį stiklą į telefoną nėra lengva, tačiau panašu, kad OnePlus ketina pradėti serijinę Concept One gamybą.
Dangoraižiuose. Didžiuliai stikliniai pastatai įsileidžia labai daug saulės šviesos. Iš dalies tai yra gerai – dirbti aplinkoje su natūraliu apšvietimu yra maloniau ir sveikiau. Kita vertus, su ta šviesa atkeliauja ir šiluma, todėl oro kondicionavimo sistemos tokiuose dangoraižiuose sunaudoja labai daug elektros energijos. Elektrochrominiai langai padeda sumažinti tokių pastatų išlaikymo kaštus. Jie gali būti integruoti į bendrą klimato kontrolės sistemą ir automatiškai keisti savo skaidrumą pagal šviesos bei šilumos poreikį.
Ir tai – tik dalis sričių, kur elektrochrominiai stiklai yra labai naudingi. Jie taip pat gali būti naudojami kruiziniuose laivuose, vidinėse biurų sienose, parduotuvėse ir daugybėje kitų vietų. Kadangi šiuo metu šių prietaisų gamybos apimtys tik auga, tikėtina, kad kaina kris ir jie atsiras kone kiekvienuose namuose. Prieš eidami miegoti eisite ne užleisti užuolaidų, o tiesiog išjungti langų.
