Финляндия на пороге создания интеллектуальных солнечных окон: новый материал аккумулирует энергию и меняет цвет за мгновения

Исследователь Сачин Кочрекар из Университета Турку (Финляндия) представил в своей докторской диссертации инновационные материалы, обладающие двойным функционалом: они способны одновременно накапливать электроэнергию и менять свой цвет менее чем за две секунды.

Разработка представляет собой сополимеры на основе порфирина — молекулы, которая является структурным аналогом хлорофилла в растениях и гемоглобина в крови. Эти соединения синтезируются методом электрополимеризации и могут наноситься в виде тонких пленок на гибкие подложки. Это делает их совместимыми со стеклом, текстилем и другими плоскими или изогнутыми поверхностями.

Как работает материал, меняющий цвет за 2 секунды

Особого внимания заслуживает соединение с содержанием никеля (poly(NiTAPP-EDOT)), которое способно обратимо переключаться между тремя цветовыми состояниями: черным, оранжевым и зеленым. Варианты с цинком или без добавления металлов переключаются между двумя состояниями.

Изменение цвета происходит под воздействием электрического тока в рекордно короткие сроки. Важной особенностью является энергоэффективность: выбранный цвет сохраняется даже после отключения питания, не требуя постоянного притока энергии для поддержания состояния.

Испытания показали высокую долговечность материала: после 5000 циклов переключения он сохраняет более 90% своей емкости для хранения энергии, достигая при этом 100%-й кулоновской эффективности. Такие показатели стабильности делают его идеальным кандидатом для систем, требующих частого срабатывания, например, для окон, регулирующих световой поток в течение дня.

Умные окна: охлаждение и накопление энергии в одном слое

Ключевое применение технологии, предложенное Кочрекаром, — это интеллектуальные солнечные окна. Такие поверхности могут аккумулировать солнечную радиацию и автоматически затемняться при интенсивном освещении. Это не только позволяет запасать электричество, но и значительно снижает затраты на кондиционирование зданий в жаркий период.

Помимо архитектурных решений, материал имеет потенциал применения в других сферах:

• Сенсорные технологии и датчики;
• Гибкая электроника и «умная» одежда;
• Антибликовые зеркала заднего вида;
• Энергоэффективные дисплеи.

Главным преимуществом разработки из Турку является ее мультифункциональность. В отличие от существующих решений, где функции накопления энергии и электрохромизма (изменения цвета) требуют разных компонентов, финский материал объединяет их в одном тонком слое.

Природа на службе технологий: роль порфирина

В основе структуры материала лежит органическая молекула порфирин. В зависимости от того, какой металл координируется в ее центре (никель, цинк или его отсутствие), меняются как оптические, так и электрические свойства полимера.

«Эти материалы отличаются низкой стоимостью производства, простотой управления и высокой адаптивностью. В будущем они смогут интегрироваться в широкий спектр устройств, включая эластичные подложки для носимой электроники», — подчеркивает Сачин Кочрекар.

Работа финского ученого открывает путь к созданию зданий нового типа, где окна перестают быть просто прозрачными проемами, превращаясь в активные элементы системы энергоснабжения и климат-контроля.