ЭЛЕКТРОХРОМНЫЕ ПОКРЫТИЯ

В век инновационной деятельности мы стремимся внедрить в наш быт все новые технические средства для обеспечения лучших условий жизни. Так, например, одним из таких технических средств является «умное стекло». Электрохромное покрытие или «умное стекло» - это материал, который может изменять свою прозрачность при приложении к нему электрического напряжения.

Явление электрохромизма, а именно изменение цвета порошка оксида вольфрама под действием электрического поля, было открыто российскими учеными Н.И. Кобозевым и Н.И. Некрасовым в 1930 году. В качестве электрохромных веществ могут быть использованы как неорганические, так и органические вещества. В основном, используют неорганические вещества – оксиды, ввиду их легкого получения.

Казалось бы, после открытия явления электрохромизма в 30-е годы прошлого века, окна домов можно было заменить и использовать их для затемнения, забыв о шторах и жалюзи. Однако габариты первых устройств с электрохромным покрытием были небольшими и обладали недостаточной прозрачностью. Поэтому в конце 20 века, с появлением новых технологий получения высокопроводящих прозрачных покрытий, интерес к электрохромным покрытиям вернулся.

Ячейка электрохромного устройства представляет собой два прозрачных токопроводящих слоя (катод и анод), которые напыляют на стекло и слой электролита между катодом и анодом. Электрохромные вещества либо напыляют на поверхность электродов, либо вводят в состав электролита. В момент подачи электрического поля на электродах запускаются химические реакции окисления и восстановления электрохромных веществ. Если электрохромное покрытие находится на катоде, то на нем будет протекать реакция восстановления, сопровождающаяся поглощением электронов. На аноде же будет протекать реакция окисления с выделением ионов. В результате описанных реакций цвет ячейки меняется. В случае напыления электрохромного покрытия на анод, происходит обратный процесс и ячейка обесцвечивается.

Первые исследования проводились на силикатных стеклах, однако они ограничивали диапазон применения электрохромных покрытий из-за большого веса силикатного стекла и его хрупкости. Поэтому с течением времени ученые решили использовать для напыления электропроводящего слоя прозрачную полиэтилентерефталатную пленку. Также специалисты разработали технологию для получения прозрачных электродов на гибкой полимерной матрице. Такие стекла с электрохромным покрытием будут легче и более гибкие.

Область применения «умных стекол» весьма обширна.  Их используют в строительстве, в качестве остекления оконных проемов, сооружения внутренних перегородок, панорамного остекления офисных зданий. Также «умные стекла» внедряются в производство автомобилей, а именно для изготовления лобового стекла и зеркал. Применение электрохромных покрытий в автомобилестроении позволяет обеспечить водителю комфортные условия управления автомобилем, так как покрытие уменьшает риск ослепления светом фар в вечернее и ночное время.

В настоящее время на рынке представлено много компаний, которые предлагают «умные стекла». Рассмотрим некоторые из них. Стекло с переменной прозрачностью Nayada SmartGlass отличается от аналогов тем, что его производят как в 2 слоя, где электрохромное покрытие находится между стекол, так и в 1 слой – пленка и стекло и пленку не наклеивают на стекло, а напыляет. Такой способ обеспечивает высокую прочность стекла и длительный срок его эксплуатации.

Стекло с переменной прозрачностью PG Magic представляет собой матовую поверхность в выключенном состоянии, а при подключении электрического поля становится абсолютно прозрачным. Производитель данного продукта заявляет о высокой скорости перехода из одного режима в другой, а также о высокой прочности стекла.

«Умное стекло» Vario Plus применяется в автомобилях и позволяет управлять тонировкой стекла путем нажатия кнопки, а также регулировать затемнение от прозрачного до черного. Данная тонировка обеспечивает меньший нагрев салона авто, также защищает от ультрафиолетового излучения. Стекло Vario Plus является весьма прочным, однако такая прочность достигается увеличением веса конструкции.

Научные исследования показали, что использование «умных окон» уменьшает затраты на кондиционирование помещений, а также использование штор, жалюзи и затемняющих экранов, ввиду уменьшения пропускной способности солнечных лучей таких окон. Также данные окна потребляют небольшое количество электроэнергии, что позволяет экономить на энергии. Некоторые модификации окон обеспечиваю звукоизоляцию, отличаются особой прочностью, а также они удобны в использовании.

Помимо большого количества преимуществ данного изобретения, есть и существенные недостатки. Во-первых, дороговизна продукта от 15000 рублей за квадратный метр стекла. Во-вторых, относительно короткий срок службы электрохромного покрытия около 10 лет. Наконец, некоторые технологии нанесения специального покрытия на стекло обеспечивают длительное время перехода от состояния прозрачности к непрозрачности и обратно.

Итак, «умное окно» - это технология, которая все больше входит в нашу жизнь и позволяет обеспечить комфортные условия нахождения дома, на работе в офисе или в автомобиле, без затрат на кондиционирование, шторы, защитные экраны, тонировку. Перспективами развития данного продукта может быть совмещение технологии «умного стекла» и солнечной батареи, за счет поглощения солнечного света и дальнейшего его преобразования в электроэнергию.

Список литературы:

1. «Умные» окна: электрохромное стекло – что это такое и как работает? [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://zetsila.ru/умные-окна-электрохромное-стекло/.
2. PG Magic стекло с переменной прозрачностью [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.privateglass.ru/tech/pg-magic-steklo-s-peremennoy-prozrachnostyu/.
3. Белоусов, А.Л., Патрушева, Т.Н. Электрохромные оксидные материалы [Текст] / А.Л. Белоусов, Т.Н. Патрушева // Журнал СФУ. Техника и технологии. – 2014. - №2.
4. Воротников, М.И, Зудова Н.И. Электрохромные устройства на основе твердых неорганических материалов [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://storage.tusur.ru/files/53489/ФЭ-1603__Электрохромные_устройства_на_ основе_твердых_неорганических_материалов.pdf
5. Научный прорыв в тонировании авто: «умные» самотонирующиеся стекла [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://autokuz.ru/tonirovka/samozatemnyayushhayasya.html
6. Чурсова, Л. Маскировка включается кнопкой [Текст] / Л. Чурсова // Наука и жизнь. – 2012. - №6.