LLNL-onderzoekers hebben “slimme” vensters ontwikkeld met verticaal uitgelijnde koolstofnanobuisjes die de overdracht van bijna-infrarood licht kunnen moduleren, waardoor de kosten en het energieverbruik in de moderne infrastructuur mogelijk worden gesneden. Credit: Jeremy Gardner/LLNL
De helft van de stralende energie van de zon valt buiten het zichtbare spectrum. Op een koude dag biedt dit extra infraroodlicht extra warmte aan residentiële en commerciële gebouwen. Op een warme dag leidt het tot ongewenste verwarming die moet worden aangepakt door middel van energie-intensieve klimaatbesturingsmethoden zoals airconditioning.
Zichtbaar transparante “slimme vensters” die de overdracht van bijna-infrarood licht kunnen moduleren, biedt één potentiële kosten- en energiebesparende maatregel voor moderne infrastructuur.
Om te werken aan het oplossen van deze technologische uitdaging, ontwikkelde een multidisciplinair team van onderzoekers van Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) een nieuw type elektrisch gecontroleerd, nabij-infrarood slimme venster dat bijna 50%in de buurt kan snijden. Hun geheime ingrediënt? Verticaal uitgelijnde koolstofnanobuisjes-kleine, buisvormige structuren gemaakt van koolstofatomen die duizenden keren dunner zijn dan een menselijk haar. Het onderzoek werd gepubliceerd in Nano letters.
In deze slimme vensters worden de koolstofnanobuizen gekweekt zodat ze rechtop staan op het glas, als een microscopisch bos. Omdat deze huidige apparaten slechts millimeters groot zijn, merkte het team op dat het opschalen van de technologie een noodzakelijke volgende stap zal zijn.
Afhankelijk van de toegepaste spanning kunnen de nanobuisjes infraroodlicht absorberen en warmte van de zon blokkeren of het infraroodlicht erdoorheen laten. Een kritisch kenmerk van deze technologie is dat zodra ze in een blokkerende of transparante toestand worden geplaatst, de koolstofnanobuisjes lading goed behouden, zoals een batterij, en dus is een continue spanning niet nodig om die toestand te behouden. Dit biedt extreem lage power -operatie, een noodzaak om energiebesparingen voor de eindgebruiker te stimuleren.
Om dit ontwerp te bedenken, hebben de onderzoekers experimentele fabricage en metingen gekoppeld van modelleringsinspanningen om de microscopische fysica die de instelbare infraroodrespons stimuleren beter te begrijpen, waardoor nieuwe inzichten worden opgeleverd in de optische en elektronische fysica van verticaal uitgelijnde koolstofnanobuisjes.
Meer informatie:
Alex Abelson et al, exploiteren intersubbandplasmonen in verticaal uitgelijnde koolstofnanobuisjes voor bijna-infrarood elektrochrome ramen, Nano letters (2025). Doi: 10.1021/acs.nanolett.5C00059
Dagboekinformatie:
Nano letters
Verstrekt door Lawrence Livermore National Laboratory