窓は光を取り入れ、熱を放散するために建物に基本的に必要なものですが、常に両方の機能を同時に備えたいとは限りません。今回、ノースカロライナ州立大学 (NCSU) のエンジニアは、ウィンドウを 3 つのモード間で簡単に切り替えることができる新しい素材を開発しました。
この新しいダイナミック ウィンドウは、通常のクリア モード (光と熱を通す)、熱を遮断するが透明なままのモード、色付きモード (光をある程度遮断するが熱は遮断しない) を切り替えることができます。これにより、一年中日焼け防止効果を得ることができます。
すべての鍵は酸化タングステンと呼ばれる小さな材料にあります。酸化タングステンは、エレクトロクロミック原理に基づいて動的ガラス窓によく見られます。通常、酸化タングステンは透明であり、電気信号を加えると暗くなり光を遮断するため、オンデマンドの窓に色を付けるのに非常に便利です。
しかし、UNC の研究者らは新たな研究で、全く新しい隠されたスキルを発見しました。それは、水を加えると水和酸化タングステンに変化し、エレクトロクロミック ウィンドウで使用すると追加の設定が可能になります。
閉じた状態でも光と熱を透過し、できるだけ多くの光と熱を必要とする単調な冬の日に最適です。一部の電子とリチウムイオンが材料に注入されると、材料はまず、可視光の波長に対しては透明なまま、赤外線（熱を感知）を遮断する段階を経ます。最後に、より多くの電子が素材に入ると、暗相に移行し、可視光と赤外線の両方を遮断するため、夏の使用に最適です。
酸化タングステン水和物がそのように機能する正確な理由はまだ不明ですが、ノースカロライナ大学の科学者たちは仮説を立てています。
「結晶構造内に水が存在すると、構造の密度が低くなるため、リチウムイオンと電子が材料に注入されたときに変形しにくくなります」と、この研究の筆頭著者であるジェネル・フォルトゥナート氏は述べた。 「私たちの仮説は、酸化タングステン水和物は変形前に通常の酸化タングステンよりも多くのリチウムイオンを収容できるため、2つのモードが生成されるというものです。1つは「コールド」モードで、リチウムイオンと電子の注入が光学特性に影響を及ぼしますが、構造はまだ変化しておらず、このモードは赤外光を吸収します。次に、構造が変化した後、可視光と赤外光の両方を遮断する「ダーク」モードが現れます。」
市場には動的ウィンドウ デザイナーが不足することはありませんが、通常、これほど多くのモードを 1 つのシステムで利用できるわけではありません。たとえそれができたとしても、通常はより大きなデバイスが必要になります。この場合、必要な材料は 1 つだけであるため、ガラスの厚さとエネルギー要件は通常の酸化タングステン窓とほぼ同じです。
この研究の共同責任著者であるデリア・ミリロン氏は、「スマートウィンドウコミュニティではすでによく知られている単一材料でのデュアルバンド（赤外線と可視）光制御技術の発見により、機能が強化された商用製品の開発が加速する可能性がある」と述べた。
この研究は、ACS Photonics誌に掲載されました。