Smart Windows wird Wirklichkeit! US-Forscher entwickelten eine neue Technologie für Vanadiumdioxid-Nanopartikel
Jedes Jahr gehen in den USA etwa 30% der im Bau verbrauchten Energie aufgrund der geringen Energieeffizienz von Fenstermaterialien verloren. solche energieverluste verursachen jährlich rund 42 milliarden us-dollar verlust.
in dieser hinsicht könnte sich das thema des hohen energieverbrauchs ändern, wenn das argonne-nationallabor der usa ein neues patentiertes verfahren zur synthese von vanadiumdioxid-nanopartikeln kommerzialisieren kann, um ein energieeffizientes und wirtschaftliches „smart window“ zu schaffen .
Das nationale Argonne-Experiment hat ein Patent für ein neues Verfahren zur Synthese von Vanadiumdioxid-Nanopartikeln angemeldet, das die Herstellung energieeffizienter „intelligenter Fenster“ wirtschaftlicher macht.
Li Jie, Chemieingenieur im Argonne National Laboratory, sagte: „Wir müssen ein kontinuierliches Verfahren entwickeln, um dieses Nanopartikel schnell und auf wirtschaftliche Weise herzustellen und schnell auf den Markt zu bringen.“ Zuvor erhielten Li und seine Kollegen im Argonne National Laboratory eine Urkunde US-Patentlizenz für das Verfahren.
Thermochrome Smart-Fenster absorbieren im Winter automatisch Infrarotenergie, um das Gebäude warm und kühl zu halten, indem sie im Sommer die Infrarotenergie blockieren. Darüber hinaus gibt li auch an, dass der Vanadiumdioxidfilm auf Nanopartikelbasis einen Solarmodulationswert aufweist, der etwa doppelt so hoch ist wie der des normalen Films. Unter der sogenannten Solarmodulation versteht man eigentlich die Menge an Sonnenenergie, die durch Vanadiumdioxid-Materialien bei niedrigen und hohen Temperaturen gesteuert werden kann. Darüber hinaus weist Vanadiumdioxid-Nano eine schalterartige Echtheit auf, das heißt, es kann in Mikro- oder Nanosekunden von der Blockierung von Infrarotstrahlen bis zur Durchdringung von Infrarotstrahlen abgeschlossen werden.
ralph muehleisen, leiter des architekturwissenschaftlichen projekts am argonne national laboratory, sagte, dass die thermochrome technologie das interesse der industrie geweckt habe, aber aufgrund ihrer hohen kosten und begrenzten leistung nur in einigen produkten verwendet werde. Das Hauptproblem ist, dass Nano-Formen von Vanadiumdioxid die besten Materialien für intelligente Fenster sind. Bisher hat jedoch niemand gewusst, wie Vanadiumdioxid-Nanopartikel zu hinreichend niedrigen Kosten hergestellt werden können, um die Vermarktung zu unterstützen.
Mühleisen sagte: "Die Verwendung von Nanopartikeln erhöht die Leistung von Materialien und das von uns erfundene kontinuierliche Fließverfahren reduziert die Herstellungskosten. Daher ist diese Technologie für Fensterhersteller von großer Bedeutung. Wichtiger ist jedoch vielleicht das von uns erfundene Herstellungsverfahren selbst geeignet für eine Vielzahl anderer Materialien, die eine Herstellung von Nanopartikeln erfordern. "
herkömmliche thermochrome Filme enthalten geordnete Vanadiumdioxidmaterialien, die eine viel höhere Reaktionstemperatur als die dotierten Nanopartikelmaterialien aufweisen. Herkömmliche Fenster müssen eine Temperatur von 154 Grad Fahrenheit (68 ° C) erreichen, um Infrarotwärme zu blockieren. Das Fenster mit Wolfram-Vanadiumdioxid-Nanopartikeln erreichte diese kritische Übergangstemperatur bei 77 Grad Fahrenheit (25 ° C).
Im Gegensatz zu herkömmlichen Fenstern muss dieses nanopartikelhaltige Fenster nicht eingefärbt werden, um die Energieeffizienz zu verbessern. Darüber hinaus schätzt Muehleisen, dass die kontinuierliche Durchflussverarbeitungstechnologie von Argonne National Laboratory die Herstellungskosten von Nanopartikeln um mindestens das Fünffache unter den herkömmlichen Methoden liegen lässt.
Laut den Nanomärkten von LC belief sich der Wert des Marktes für intelligente Fenster im Jahr 2014 auf 1 Milliarde US-Dollar. Bis 2021 wird ein Wert von voraussichtlich fast 3 Milliarden US-Dollar erwartet. Laut Angaben von Lux Research kann ein Beratungsunternehmen, das unabhängige Forschung zu neuen Technologien betreibt, mit thermochromen Fenstern um 20 Grad einen Marktanteil von zwei Dritteln erreichen.
Um die Vanadiumdioxid-Thermochromie-Technologie weiterzuentwickeln, versuchten li und muehleisen, ihre Partikelgröße von 100 nm auf 15 oder 20 nm zu reduzieren. Bei dieser kleineren Partikelgröße entsprechen 3000 bis 4000 Nanopartikel dem Durchmesser eines menschlichen Haares. Dies hat zwei Hauptvorteile gegenüber größeren Partikeln im Vergleich zu größeren Partikeln. Erstens streuen sie weniger Licht, wodurch die Fensterfolie transparenter wird. Zweitens werden sie die Infrarotwärme besser regulieren, was energieeffizienter ist.
Vanadiumdioxid-Nanopartikel können auch als Detektionstechnik in der Verteidigung eingesetzt werden. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, den Infrarotstrahl zur Messung von Raumschwingungen zu stören. Gleichzeitig kann dieses Material mit weiterer Forschung und Entwicklung auch Laserwaffenschutz für Flugzeuge und andere Fahrzeuge bieten.
Materialwissenschaftler, Verfahrenstechniker, Energiewissenschaftler und Bauwissenschaftler des Argonne National Laboratory und ein Team von Kommerzialisierungsexperten der Universität Chicago haben gemeinsam die Vanadiumdioxid-Nanopartikel-Technologie entwickelt und dabei relativ junge Bauprojekte im Labor unterstützt.
„Ich möchte den Bauplan erweitern, um enger mit unserem Team für Entdeckungswissenschaften zusammenzuarbeiten“, sagte Mühleisen. „Wir müssen die grundlegende Physik und Chemie von Materialien, die in der architektonischen Gestaltung verwendet werden, besser verstehen. Wir müssen die Routine brechen, um Anpassungsfähigkeit / Dynamik, bessere Leistung, geringere Herstellungskosten und geringere Umweltbelastung zu erreichen. Materialien der nächsten Generation. "
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