Смарт стекло

Что такое смарт-стекло?

Смарт-стекло – инновационный материал, обладающий функцией переменной прозрачности. Между двумя листами прозрачного стекла расположена жидкокристаллическая пленка. К ней подведен электрический ток низкого напряжения.

В выключенном состоянии, без воздействия тока, жидкие кристаллы расположены хаотично, рассеивают свет. Стекло в этом случае – матовое, непрозрачное.

Во включенном режиме расположение жидких кристаллов упорядочивается, стекло (например для перегородок) становится прозрачным. В обоих случаях количество пропускаемого света не изменяется. В отличие от жалюзи или теневых штор матовое стекло не затемняет помещение.

Создатель умного стекла – инженер Стив Абади. Он загорелся идеей еще в 70-х годах прошлого века. Однако технологии тех лет не позволяли воплотить замысел Абади. Первое смарт-стекло LC Glass было представлено покупателям в 1984 г. Позже С. Абади основал компанию Innovative Glass Corporation. В 2003 г. ею было выпущено умное стекло под торговой маркой E-Glass.

В России смарт-стекло появилось в 2010 году. С тех пор оно стремительно завоевывает рынок и все чаще используется не только в офисах, медицинских учреждениях и административных помещениях, но и для остекления окон домов, в дизайне интерьеров.

Преимущества и недостатки

Материал имеет как достоинства, так и недостатки.

Достоинства:

• многофункциональность. Материал выполняет функции простого стекла, визуального препятствия и проекционного экрана;
• прочность;
• современная альтернатива шторам и жалюзи;
• широкий спектр цветов смарт-пленки, что позволяет использовать для уникального дизайна;
• управляется низковольтным питанием;
• энергосберегающая функция;
• звукоизоляция;
• защита от УФ-излучения;
• широкая область применения.

Современные виды материала на взвешенных частицах обладают высокой степенью прозрачности, без замутнения. Если раньше смарт-пленку требовалось ламинировать в триплекс, то современную пленку можно просто приклеить.

Недостатки:

• цена;
• необходимость в электрическом напряжении;
• достаточно высокое энергопотребление.

Однако стоимость конструкций компенсируется энергосберегающей и защитной функцией материала. Смарт-стекло защищает от солнечной радиации. А экономия на кондиционировании покрывает расходы на остекление. Это особенно актуально для южных, солнечных регионов.

Разработчики стараются снизить энергопотребление. Так, студент из Нидерландов запатентовал технологию – стекло само производит энергию из солнечного света и используя ее, изменяет прозрачность. Русские и французские ученые усовершенствовали технологию – стекло, кроме обеспечения себя самого энергией, создает дополнительную внешнюю мощность и может снабдить энергией другие устройства.

Отдельные виды смарт-стекла обладают своими минусами. К примеру, материал со взвешенными частицами требует специальных покрытий, чтобы блокировать ультрафиолет.

Недостаток электрохромного материала – низкая скорость перехода от одного состояния в другое. Время затемнения составляет до нескольких минут.

Основные принципы работы

Уникальные свойства смарт-стекла зависят от его особенной конструкции. Между двумя прозрачными листами расположена пленка с жидкими кристаллами. Именно они придают полезные свойства материалу. Когда поступает электричество, возникает электромагнитное поле. Под его воздействием расположение кристаллов меняется, из хаотичного становится упорядоченным. Это влияет на светопропускные свойства стекла, оно становится прозрачным. Свет проходит сквозь пленку, не встречая препятствий в виде нагромождений кристаллов. В обычном состоянии материал – матовый.

Силу тока можно регулировать с помощью специального устройства. Если напряжение невысокое, то упорядочиваются не все жидкие кристаллы. Изделие становится лишь частично прозрачным. Чем напряжение выше, тем уровень прозрачности больше.

Технологии производства

Smart glass – представляет собой сложную конструкцию, состоящую из трех основных слоев:

1. Лист прозрачного стекла.
2. Двуслойная пленка. Между ее слоями помещены жидкие кристаллы.
3. Второй лист прозрачного стекла.

Распространенные технологии изготовления в зависимости от вида пленки:

• EVA — пленка из этиленвинилацетата;
• TPU — термопластичный полиуретан;
• PVB — поливинилбутиральная пленка.

Полимерные жидкокристаллические устройства (LCD)

Жидкие кристаллы в этих устройствах разлагаются на составляющие, а затем затвердевают. В момент перехода из жидкого состояния в твердое кристаллы становятся несовместимыми с полимером и создают в нем вкрапления (капли). Условия, при которых происходит фиксация, влияют на размер вкраплений, что влияет на свойства смарт-стекла.

Смесь полимера и жидких кристаллов помещена между двумя листами пластика или стекла. Тонким слоем нанесен прозрачный электропроводящий материал. Он отвечает за поступление напряжения. Из медной фольги изготовлены электроды, находящиеся в контакте с проводящим слоем. При поступлении напряжения электромагнитное поле заставляет кристаллы упорядоченно выстраиваться. Свет поступает через капли-вкрапления, и материал становится прозрачным.

С помощью дополнительных слоев или использования красителя можно регулировать проходящее через стекло количество тепла и света. Возможны противопожарные и противорадиационные варианты, применяемые в специальных устройствах.

Устройства со взвешенными частицами (SPD)

Между двумя листами прозрачного стекла расположена пленка взвешенных в жидкости стержнеобразных частиц. Без электрического напряжения частицы находятся в хаотичном состоянии и поглощают свет. При этом стекло имеет серый, черный или темно-синий оттенок. При поступлении тока взвешенные частицы выстраиваются упорядоченно, стекло приобретает прозрачность.

Переход происходит мгновенно. Для поддержания прозрачного состояния необходим маленький, но постоянный ток. Особенность материала в том, что он в любом состоянии оптически проницаем.

Электрохромные устройства (ECD)

В электрохромных (электрохимических) устройствах изменяемый слой представляет собой напыление ионов лития. Подача напряжения регулирует прозрачность. Количество пропускаемого света можно контролировать. Состояние материала меняется между прозрачным, полупрозрачным и цветным. В тонированном состоянии оттенки варьируются от самого насыщенного до едва заметного.

Подача напряжения нужна лишь для изменения прозрачности. Чтобы поддерживать состояние, электропитание не требуется. Затемнение начинается с периферии и заканчивается в центре. Для полной тонировки стекла большой площади требуется до нескольких минут.

Технические особенности

Технические характеристики смарт-стекла зависят от его вида:

• замутненность – 5-7%;
• светопропускание составляет от 75%;
• энергопотребление – 3-5 Ватт на кв. м.;
• напряжение – 12, 24 или 48 Вольт;
• толщина от 6 мм;
• число циклов вкл./выкл. – более 30 млн.;
• срок службы – более 10 лет.

Дополнительные возможности smart стекла

Умное стекло обладает рядом дополнительных свойств:

• Материал может быть не только умным, но и прочным. Для этого используется технология бронирования. Поверх конструкции наклеивают специальную пленку, которая предотвращает растрескивание и рассыпание стекла. Это позволяет использовать его в местах большого скопления людей.
• Изделие можно сделать цветным, наклеив дополнительную пленку.
• Пескоструйная обработка позволяет декорировать стекло. Такие варианты применяются в комнатных перегородках, в кафе, ресторанах, где они выглядят очень эффектно.
• В изделиях можно вырезать любые отверстия, придавать стеклу любую форму.

Сфера применения

Первоначально смарт-стекло использовалось лишь в офисах для зонирования пространства. Со временем технология стала более доступной, а стоимость изделий ниже. Умное стекло начали широко использовать в жилых помещениях.

В зданиях можно выделить 2 основных направления использования:

1. Создание внутренних перегородок и элементов дизайна.
2. Внешнее остекление.

Перегородки позволяют зонировать обширное пространство, создавая отдельные, относительно изолированные места. Эту возможность используют в офисах для разграничения мест для сотрудников.

Изменяемая прозрачность позволяет достигнуть эффекта приватной зоны. Способность смарт-стекла поглощать звуки делает переговорные комнаты не только недоступными визуально, но и защищенными от случайных слушателей. Когда необходимость в конфиденциальности отпадает, стекло можно сделать вновь прозрачным.