Älylasi ( eng. smart window , nimiä käytetään myös: "älylasi", "elektrokromilasi", "muuttuvilla ominaisuuksilla varustettu lasi") on yhdistelmä lasia ja erilaisia kemiallisia materiaaleja, joita käytetään arkkitehtuurissa ja valmistuksessa valmistukseen läpikuultavien rakenteiden ( ikkunat , väliseinät, ovet jne.) optisten ominaisuuksien (opalisointi ( sumu ), valonläpäisykerroin, lämmön absorptiokerroin jne.) muuttaminen, kun ulkoiset olosuhteet muuttuvat, esimerkiksi valaistus , lämpötila tai virransyöttösähköjännite .
Erilaiset lasikomposiitit perustuvat valokemiallisiin ilmiöihin, jotka liittyvät läpäisyominaisuuksien muutokseen ulkoisten olosuhteiden muuttuessa: valovirran ( fotokromi ), lämpötilan ( termokromismi ), sähköjännitteen ( elektrokromismi ) muutoksiin.
Jotkut nestekidenäyttölaitteet ( LCD ) voivat lämpötrooppisessa tilassa muuttaa läpäisevän valon määrää lämpötilan noustessa. Volframi , johon on lisätty vanadiinidioksidia VO 2 , heijastaa infrapunasäteilyä lämpötilan noustessa yli 29 °C ja estää auringon säteilyn ikkunan läpi korkeissa ulkolämpötiloissa.
Tämän tyyppisiä laseja ei voida hallita. Sähköohjatut älylasi-ikkunat voivat myös muuttaa ominaisuuksia ulkoisten olosuhteiden ( valon voimakkuuden tai lämpötilan) mukaan käyttämällä sopivia antureita , kuten lämpömittaria tai valoantureita.
Älylasit sisältävät myös itsepuhdistuvat tai automaattisesti avautuvat (tai automaattisesti sulkeutuvat ) ikkunat tuuletusta varten esimerkiksi ajan mukaan tai sadeanturin signaalin perusteella . Joskus näitä ovat tietyt lasit, kuten projektiolasi (perustuu diffuusi- tai vastaavaan tekniikkaan), äänilasi (jossa lasin koko pinta on kaiutin, jonka avulla voit täyttää huoneen yhtenäisellä äänellä), kosketuslasi (vastaava). koskettaa käsin tai erityisellä osoittimella) ja sähköllä lämmitettävää lasia (lämpeneminen tapahtuu tasaisesti koko alueella - ei pidä sekoittaa autoihin, joissa käytetään filamenttilämpöelementtejä).
Älykkään lasin tärkeimmät tekniikat:
Älylasin avulla voit vähentää lämpöhäviöitä, alentaa ilmastointi- ja valaistuskustannuksia , toimia vaihtoehtona kaihtimille ja mekaanisille varjostusnäytöille, verhoille. Läpinäkyvässä tilassa nestekide tai sähkökemiallinen älylasi ei lähetä ultraviolettisäteilyä ; hiukkasmainen älylasi vaatii erityisten pinnoitteiden käyttöä ultraviolettivalon estämiseksi.
Älylasin tärkeimmät haitat ovat suhteellisen korkeat kustannukset, sähköjännitteen käyttötarve, tilojen välisen vaihdon nopeus (erityisesti sähkökrominen lasi), opalesenssi (sameus) tai vähemmän läpinäkyvyyttä verrattuna tavalliseen lasiin. On huomioitava, että uusimman sukupolven älylasien opalenssitaso on edellisiin verrattuna alhaisempi ja sitä voidaan ohjata turvallisella pienjännitevirtalähteellä 12–36 volttia.
Polymeeridispergoiduissa nestekidelaitteissa ( PDLC :t tai LCD:t) nestekiteet hajotetaan ainesosiinsa tai dispergoidaan nestemäiseksi polymeeriksi ; sitten polymeeri kovetetaan tai kiinnitetään.
Polymeerin siirtyessä nestemäisestä kiinteään tilaan nestekiteet tulevat yhteensopimattomiksi kiinteän polymeerin kanssa ja muodostavat pisaroita (sulkeumia) polymeeriin. Kiinnitysolosuhteet vaikuttavat pisaroiden kokoon, mikä puolestaan johtaa älylasin ominaisuuksien muutokseen.
Tyypillisesti polymeerin ja nestekiteiden nestemäinen seos asetetaan kahden lasi- tai muovikerroksen väliin , ja ohut kerros läpinäkyvää johtavaa materiaalia levitetään jännitteen tuottamiseksi ja polymeerin kiinteyttämiseksi. Tämä älykkään lasin perustavanlaatuinen "sandwich"-rakenne on tehokas diffuusori. Virtalähde lähteestä on kytketty kuparifoliosta valmistettuihin elektrodeihin , joissa on sähköä johtavaa liimaa oleva kerros kosketuksessa kalvon johtavaan kerrokseen.
Ilman jännitettä nestekiteet järjestäytyvät satunnaisesti pisaroiksi, jolloin rinnakkaiset valonsäteet siroavat.
Kun virtaa käytetään, sähkökenttä kahden läpinäkyvän elektrodin välillä lasilla saa nestekiteet kohdakkain, jolloin valo pääsee kulkemaan pisaroiden läpi hyvin vähäisellä sirontalla. Lasista tulee läpinäkyvä. Läpinäkyvyysastetta voidaan säätää käytetyllä jännitteellä. Tämä on mahdollista johtuen siitä, että matalilla jännitteillä vain osa nestekiteistä voi asettua täysin sähkökenttään ja vain pieni osa valosta kulkee lasin läpi ilman vääristymiä, kun taas suurin osa on hajallaan. Kun jännite kasvaa, vähemmän kiteitä jää kohdakkain, mikä johtaa vähemmän valonsirontaan.
Myös lasin läpi kulkevan valon ja lämmön määrää voidaan säätää väriaineilla ja erityisillä lisäsisäkerroksilla. On myös mahdollista luoda palo- ja säteilynestoversioita käytettäväksi erikoislaitteissa.
Al Coat Ltd. ( Yhdysvaltalainen tutkimuskeskus ) on osoittanut, että kuva voidaan muodostaa läpinäkyviin elektrodeihin tai polymeeriin, mikä mahdollistaa näyttölaitteiden ja koriste-ikkunoiden valmistamisen. Suurin osa nykyään tarjolla olevista laitteista toimii vain ON- tai OFF-tilassa, vaikka eri läpinäkyvyyden tekniikka on helppo ottaa käyttöön.
Tätä tekniikkaa käytetään sisä- ja ulkotilojen yksityisyyden valvonta-asennuksissa (esim. kokoushuoneet, lääketieteelliset tehohoitohuoneet, kylpyhuoneet, suihkut) ja projektorin takaprojektori .
PDLC-kalvon virrankulutus on 4÷5 W/m2 [1] .
PDLC-kalvossa on 3 väriä: maidonvalkoinen, maidonharmaa ja maidonsininen. PDLC-kalvoihin perustuva älylasi valmistetaan triplex-menetelmällä. Älylasista valmistettujen tuotteiden hoitovaatimukset ovat lisääntyneet, aggressiivisten yhdisteiden ja nesteiden käyttö, lisääntynyt mekaaninen rasitus voi johtaa älylasin delaminaatiovaikutukseen.
Suspendoiduissa hiukkaslaitteissa (SPD) ohut kalvo kerroksittain, sauvan muotoisia hiukkasia, jotka on suspendoitu nesteeseen, asetetaan kahden lasi- tai muovikerroksen väliin (tai kiinnitetään niihin). Jos jännitettä ei käytetä, suspendoituneet hiukkaset ovat satunnaisesti suunnattuja ja absorboivat valoa niin, että lasi näyttää tummalta (läpinäkymättömältä), siniseltä tai harvemmin harmaalta tai mustalta.
Jos jännite kytketään, suspendoituneet hiukkaset asettuvat kohdakkain ja päästävät valon läpi. Hiukkasmainen älylasi voi vaihtaa välittömästi ja mahdollistaa tarkan hallinnan läpäisevän valon ja lämmön määrään. Pientä mutta jatkuvaa virtaa tarvitaan koko ajan, kun älylasi on läpinäkyvässä tilassa.
Sähkökromaattiset tai sähkökromaattiset laitteet muuttavat materiaalin läpinäkyvyyttä jännitteellä ja säätelevät siten siirtyvän valon ja lämmön määrää: tila vaihtuu värillisen, läpikuultavan (yleensä sinisen) ja läpinäkyvän tilan välillä. "Tumman" tilan sävyt voivat olla kylläisimmästä sävytyksestä tuskin havaittavaan varjostukseen. Normaalisti virtalähdettä tarvitaan vain läpinäkyvyysasteen muuttamiseksi, mutta tilan muuttumisen jälkeen ei ole tarvetta teholähteelle saavutetun tilan ylläpitämiseksi.
Himmeneminen tapahtuu reunoilla, sisäänpäin siirtyminen on hidas prosessi, joka kestää useista sekunneista useisiin minuutteihin ikkunan koosta riippuen ("sateenkaariefekti").
Sähkökemiallisia materiaaleja käytetään säätämään ikkunoiden läpi kulkevan valon ja lämmön määrää, ja autoteollisuudessa niitä käytetään auton taustapeilien automaattiseen himmennykseen vaihtelevissa valaistusolosuhteissa. Sähkökrominen lasi tarjoaa näkyvyyden myös pimennetyssä tilassa ja säilyttää siten visuaalisen kosketuksen ulkoiseen ympäristöön. Tätä käytetään pienissä sovelluksissa, kuten taustapeileissä. Sähkökromitekniikka löytää sovelluksia myös sisäkäyttöön, kuten museon lasin alla olevien esineiden ja maalausten suojaamiseen ultravioletti- ja näkyvän valon aaltojen vahingollisilta vaikutuksilta.
Esimerkki sähkökromista materiaalista on polyaniliini , joka voidaan luoda sähkökemiallisesti tai kemiallisesti hapettamalla aniliini . Kun elektrodi upotetaan suolahappoon pienellä aniliiniseoksella, sen päälle muodostuu polyaniliinikalvo. Redox-tilasta riippuen polyaniliini voi muuttua keltaiseksi tai tummanvihreäksi/mustaksi. Muita käytännössä käytettäviä sähkökromaattisia materiaaleja ovat viologeenit ja volframioksidi WO 3 , jota käytetään eniten sähkökromaattisten tai älylasien valmistuksessa.
Viologenia käytetään yhdessä titaanidioksidin TiO 2 :n kanssa pienten digitaalisten näyttöjen luomiseen . Näiden odotetaan korvaavan LCD-näytöt, koska viologen (yleensä tummansininen) kontrastia vaalean titaanin kanssa, mikä tarjoaa korkean näytön kontrastin .
Viimeaikaiset edistysaskeleet sähkökromisissa materiaaleissa, jotka liittyvät sähkökromisiin siirtymämetallihydrideihin, ovat johtaneet heijastavien hydridien kehittämiseen, joista tulee enemmän heijastavia kuin absorboivia vaihtamalla "läpinäkyvien" ja "peili"-tilojen välillä .
Älylasia valmistetaan tripleksoimalla kaksi tai useampia lasilevyjä, polykarbonaattia tai molempien yhdistelmää. Seuraavat tekniikat [2] älykkäiden lasipaneelien valmistukseen käytetyn laminointikalvon tyypin mukaan ovat yleisimpiä:
Smart lasia voidaan käyttää sekä ulko- että sisäasennuksissa. Esimerkiksi Guinness Storehousen ( Dublin ) näyttönä toimii valtava älykäs lasinäyttö, jossa on vaihtuva sameus. Nissan Micra CC -mainoskampanjassa Lontoossa esiteltiin neljän paneelin älylasilaatikoita, jotka muuttivat peittävyyttä peräkkäin ja loivat näyttävän mainosinstallaation kaupungin kaduille.
Esimerkki tavallisesti rajallisen museotilan järkevästä käytöstä ovat multimedianäytöiksi muuntuvat vitriinit ja kotelot. Tämäntyyppinen hanke on toteutettu Auschwitz-Birkenaun museonäyttelyn venäläisessä osassa Oswiecimissa , Puolassa .
Toinen käyttöesimerkki on valtava lasikuutio, joka pystyy liikkumaan 88 kerroksen korkeudesta asuintornirakennuksesta (Eureka Towers, Melbourne , Australia ). Kuutioon mahtuu 13 henkilöä. Kun se saavuttaa 3 metrin, lasi muuttuu läpinäkyväksi, jolloin vierailijat voivat katsella Melbournea 275 metrin korkeudelta. [3]
Älylasin pääasiallinen käyttökohde ovat sisäiset väliseinät ja ovet, joita monet yritykset käyttävät luottamuksellisten kokoustilojen järjestämiseen. Normaalitilassa tällaiset tilat ovat osa toimiston sisätilaa, mutta toimivat tarvittaessa yksityistilana. Saman toiminnon suorittaa älylasit sairaaloissa potilaiden tutkimushuoneiden järjestämiseen. Älylasia käytetään myös pankkien kassatiloissa, liikkeiden virkistysalueilla ja sovitushuoneissa.
Mainoksissa käytetään kadulle päin olevia älykkäitä lasivitriinejä esityksiin ja mainoksiin. Tarvittaessa älylasi voi muuttua läpinäkyväksi huoneen sisätilojen tai näytteillepanokappaleiden (vaatteet, autot jne.) katseluun tai mattapintaiseksi ja sitä voidaan käyttää valkokankaana.
Boeing 787 Dreamliner käyttää sähkökromaattisia ikkunoita korvaamaan lentokoneen ikkunaluukut. NASA harkitsee sähkökromaattisten lasien käyttöä uusien Orion- ja Altair -avaruusalusten lämpötilan säätelyyn .
Smart-lasia käytetään myös joissakin pienissä sarjoissa. Esimerkiksi Ferrari 575 M Superamericassa on älykäs lasikatto; sama vaihtoehto löytyy Maybachin ajoneuvoista .
Älykkäitä lasipaneeleja, jotka on valmistettu erityisestä ääntä vaimentavasta PVB-kalvosta, käytetään huoneiden akustiseen kaavoitukseen eri tarkoituksiin.