Fenster tragen bis zu 60 % zum Energieverlust in Gebäuden bei. Bei heißem Wetter werden die Fenster von außen beheizt und strahlen Wärmeenergie in das Gebäude ab. Wenn es draußen kalt ist, heizen sich die Fenster von innen auf und geben Wärme an die Außenumgebung ab. Dieser Vorgang wird Strahlungskühlung genannt. Das bedeutet, dass Fenster das Gebäude nicht so effektiv warm oder kühl halten, wie es sein müsste.

Könnte es möglich sein, ein Glas zu entwickeln, das diesen Strahlungskühleffekt je nach Temperatur selbstständig ein- oder ausschaltet? Die Antwort ist ja.

Das Wiedemann-Franz-Gesetz besagt, dass die Wärmeleitfähigkeit umso besser ist, je besser die elektrische Leitfähigkeit des Materials ist. Eine Ausnahme bildet jedoch Vanadiumdioxid-Material, das diesem Gesetz nicht unterliegt.

Die Forscher fügten auf einer Seite des Glases eine dünne Schicht Vanadiumdioxid hinzu, eine Verbindung, die sich bei etwa 68 °C von einem Isolator in einen Leiter verwandelt. Vanadiumdioxid (VO2) ist ein Funktionsmaterial mit typischen thermisch induzierten Phasenübergangseigenschaften. Seine Morphologie kann zwischen einem Isolator und einem Metall umgewandelt werden. Bei Raumtemperatur verhält es sich wie ein Isolator und bei Temperaturen über 68 °C wie ein metallischer Leiter. Dies liegt daran, dass sich seine atomare Struktur bei Temperaturen über 68 °C von einer Kristallstruktur bei Raumtemperatur in eine metallische Struktur umwandeln kann und der Übergang in weniger als 1 Nanosekunde erfolgt, was für elektronische Anwendungen von Vorteil ist. Entsprechende Forschungen haben viele Menschen zu der Annahme geführt, dass Vanadiumdioxid ein revolutionäres Material für die zukünftige Elektronikindustrie werden könnte.

Forscher einer Schweizer Universität erhöhten die Phasenübergangstemperatur von Vanadiumdioxid auf über 100 °C, indem sie dem Vanadiumdioxidfilm Germanium, ein seltenes Metallmaterial, hinzufügten. Sie haben einen Durchbruch bei HF-Anwendungen erzielt, indem sie mithilfe von Vanadiumdioxid und Phasenwechsel-Schalttechnologie erstmals ultrakompakte, abstimmbare Frequenzfilter entwickelt haben. Dieser neuartige Filter eignet sich besonders für den Frequenzbereich, der von Weltraumkommunikationssystemen genutzt wird.

Darüber hinaus ändern sich die physikalischen Eigenschaften von Vanadiumdioxid, wie etwa der spezifische Widerstand und die Infrarotdurchlässigkeit, während des Umwandlungsprozesses drastisch. Bei vielen Anwendungen von VO2 muss die Temperatur jedoch nahe der Raumtemperatur liegen, z. B. bei intelligenten Fenstern, Infrarotdetektoren usw., und durch Dotierung kann die Phasenübergangstemperatur wirksam gesenkt werden. Durch die Dotierung eines VO2-Films mit einem Wolframelement kann die Phasenübergangstemperatur des Films auf etwa Raumtemperatur gesenkt werden, sodass mit Wolfram dotiertes VO2 breite Anwendungsaussichten hat.

Die Ingenieure von Hongwu Nano fanden heraus, dass die Phasenübergangstemperatur von Vanadiumdioxid durch Dotierung, Spannung, Korngröße usw. angepasst werden kann. Die Dotierungselemente können Wolfram, Tantal, Niob und Germanium sein. Die Dotierung mit Wolfram gilt als die effektivste Dotierungsmethode und wird häufig zur Einstellung der Phasenübergangstemperatur eingesetzt. Durch die Dotierung mit 1 % Wolfram kann die Phasenübergangstemperatur von Vanadiumdioxidfilmen um 24 °C gesenkt werden.

Die Spezifikationen für reinphasiges Nano-Vanadiumdioxid und wolframdotiertes Vanadiumdioxid , die unser Unternehmen ab Lager liefern kann, sind wie folgt:

1. Nano-Vanadiumdioxid-Pulver, undotiert, reine Phase, Phasenübergangstemperatur beträgt 68℃

2. Vanadiumdioxid dotiert mit 1 % Wolfram (W1 %-VO2), die Phasenübergangstemperatur beträgt 43 °C

3. Vanadiumdioxid dotiert mit 1,5 % Wolfram (W1,5 %-VO2), die Phasenübergangstemperatur beträgt 32 °C

4. Vanadiumdioxid dotiert mit 2 % Wolfram (W2 %-VO2), die Phasenübergangstemperatur beträgt 25 °C

5. Vanadiumdioxid dotiert mit 2 % Wolfram (W2 %-VO2), die Phasenübergangstemperatur beträgt 20 °C

Mit Blick auf die nahe Zukunft können diese intelligenten Fenster mit Wolfram-dotiertem Vanadiumdioxid überall auf der Welt installiert werden und das ganze Jahr über funktionieren.