Vidrio inteligente ( ing. ventana inteligente , los nombres también se usan: "vidrio inteligente", "vidrio electrocrómico", "vidrio con propiedades cambiantes") es un compuesto de capas de vidrio y varios materiales químicos utilizados en arquitectura y fabricación para la fabricación de estructuras translúcidas ( ventanas , tabiques, puertas , etc.), cambiando sus propiedades ópticas (opalescencia ( neblina ), coeficiente de transmisión de luz, coeficiente de absorción de calor, etc.) cuando cambian las condiciones externas, por ejemplo, iluminación , temperatura o cuando un eléctrico se aplica voltaje .
Varios tipos de compuestos de vidrio se basan en fenómenos fotoquímicos asociados con un cambio en las propiedades de transmisión cuando cambian las condiciones externas: cambios en el flujo de luz ( fotocromismo ), temperatura ( termocromismo ), voltaje eléctrico ( electrocromismo ).
Algunos dispositivos de cristal líquido ( LCD ), cuando se encuentran en un estado termotrópico, pueden cambiar la cantidad de luz transmitida a medida que aumenta la temperatura. El tungsteno con la adición de dióxido de vanadio VO 2 refleja la radiación infrarroja cuando la temperatura supera los 29 ° C, bloqueando la radiación solar a través de la ventana a altas temperaturas exteriores.
Estos tipos de acristalamiento no se pueden controlar. Las ventanas de vidrio inteligente controladas eléctricamente también pueden cambiar sus propiedades dependiendo de las condiciones externas ( intensidad de la luz o temperatura) usando sensores apropiados , como un termómetro o fotosensores.
Las gafas inteligentes también incluyen autolimpieza o apertura automática (o cierre automático ) de ventanas para ventilación, por ejemplo, por tiempo o por señal de un sensor de lluvia . A veces, estos incluyen acristalamientos específicos, como el vidrio de proyección (basado en tecnologías difusas o similares), el vidrio de sonido (en el que toda la superficie del vidrio es un altavoz, lo que le permite llenar la habitación con un sonido uniforme), el vidrio táctil (que responde para tocar con la mano o con un puntero especial) y vidrio calentado eléctricamente (el calentamiento se produce de manera uniforme en toda el área; no debe confundirse con el automóvil, donde se utilizan elementos calefactores filamentosos).
Las principales tecnologías de vidrio inteligente:
El vidrio inteligente le permite reducir la pérdida de calor, reducir el costo del aire acondicionado y la iluminación , servir como una alternativa a las persianas y pantallas mecánicas de sombra, cortinas. En estado transparente, el cristal líquido o vidrio inteligente electroquímico no transmite radiación ultravioleta ; El vidrio inteligente de partículas requiere el uso de recubrimientos especiales para bloquear la luz ultravioleta.
Las principales desventajas del vidrio inteligente son el costo relativamente alto, la necesidad de usar voltaje eléctrico, la velocidad de cambio entre estados (en particular, vidrio electrocrómico), opalescencia (neblina) o menos transparencia en comparación con el vidrio ordinario. Cabe señalar que el vidrio inteligente de última generación tiene un nivel de opalescencia más bajo en comparación con los anteriores y puede ser controlado por una fuente de alimentación segura de bajo voltaje de 12 a 36 Voltios.
En los dispositivos de cristal líquido de polímero disperso ( PDLC o LCD), los cristales líquidos se descomponen en sus constituyentes o se dispersan en un polímero líquido; luego el polímero se cura o se fija.
Durante la transición del polímero del estado líquido al sólido, los cristales líquidos se vuelven incompatibles con el polímero sólido y forman gotas (inclusiones) en el polímero. Las condiciones de fijación afectan el tamaño de las gotas, lo que a su vez provoca un cambio en las propiedades del vidrio inteligente.
Por lo general, una mezcla líquida de polímero y cristales líquidos se intercala entre dos capas de vidrio o plástico , con una capa delgada de material conductor transparente aplicado para proporcionar voltaje y solidificar el polímero. Esta estructura fundamental de "sándwich" de vidrio inteligente es un difusor eficaz. La fuente de alimentación de la fuente está conectada a electrodos hechos de lámina de cobre con una capa de adhesivo eléctricamente conductor en contacto con la capa conductora de la película.
Sin voltaje, los cristales líquidos se organizan aleatoriamente en gotitas, lo que hace que se dispersen haces de luz paralelos.
Cuando se aplica energía, un campo eléctrico entre dos electrodos transparentes en el vidrio hace que los cristales líquidos se alineen, lo que permite que la luz pase a través de las gotas con muy poca dispersión. El vidrio se vuelve transparente. El grado de transparencia puede ser controlado por el voltaje aplicado. Esto es posible debido al hecho de que a voltajes bajos solo una parte de los cristales líquidos puede alinearse completamente en el campo eléctrico, y solo una pequeña porción de la luz pasa a través del vidrio sin distorsión, mientras que la mayoría se dispersa. A medida que aumenta el voltaje, quedan menos cristales desalineados, lo que resulta en una menor dispersión de la luz.
También es posible controlar la cantidad de luz y calor que pasa a través del vidrio mediante el uso de tintes y capas internas adicionales especiales. También es posible crear versiones contra incendios y anti-radiación para usar en dispositivos especiales.
Al Coat Ltd. (un centro de investigación de EE . UU .) ha demostrado que se puede formar una imagen en electrodos transparentes o en polímero, lo que permite la producción de dispositivos de pantalla y ventanas decorativas. La mayoría de los dispositivos que se ofrecen hoy en día funcionan solo en estado ON u OFF, aunque la tecnología para proporcionar diferentes niveles de transparencia se implementa fácilmente.
Esta tecnología se utiliza para instalaciones de control de privacidad en interiores y exteriores (por ejemplo, salas de reuniones, salas de cuidados intensivos médicos, baños, duchas) y pantallas de retroproyección .
El consumo de energía de la película PDLC es de 4÷5 W/m2 [1] .
Hay 3 colores de película PDLC: blanco lechoso, gris lechoso y azul lechoso. Basado en películas PDLC, el vidrio inteligente se fabrica mediante el método triplex. Los productos hechos de vidrio inteligente tienen mayores requisitos para su cuidado, el uso de compuestos y líquidos agresivos, el aumento del estrés mecánico puede provocar el efecto de la delaminación del vidrio inteligente.
En los dispositivos de partículas suspendidas (SPD), una película delgada de materiales en capas de partículas en forma de varilla suspendidas en un líquido se coloca entre (o se une a) dos capas de vidrio o plástico. Si no se aplica voltaje, las partículas suspendidas se orientan aleatoriamente y absorben la luz, de modo que el vidrio aparece oscuro (opaco), azul o, con menor frecuencia, gris o negro.
Si se aplica voltaje, las partículas suspendidas se alinean y permiten el paso de la luz. El vidrio inteligente de partículas puede cambiar instantáneamente y permite un control preciso de la cantidad de luz y calor transmitidos. Se necesita una corriente pequeña pero constante todo el tiempo mientras el vidrio inteligente está en un estado transparente.
Los dispositivos electrocrómicos o electrocrómicos cambian la transparencia de un material cuando se aplica un voltaje y, por lo tanto, controlan la cantidad de luz y calor que se transmite: el estado cambia entre un estado coloreado, translúcido (generalmente azul) y transparente. Los tonos en el estado "oscuro" pueden ser desde el tono más saturado hasta un sombreado apenas perceptible. Normalmente, se necesita una fuente de alimentación solo para cambiar el grado de transparencia, pero después de que el estado ha cambiado, no hay necesidad de fuente de alimentación para mantener el estado logrado.
El oscurecimiento se produce en los bordes, el movimiento hacia el interior es un proceso lento, que lleva de varios segundos a varios minutos, según el tamaño de la ventana ("efecto arcoíris").
Los materiales electroquímicos se usan para controlar la cantidad de luz y calor que pasa a través de las ventanas, y se usan en la industria automotriz para atenuar automáticamente los espejos retrovisores de los automóviles bajo diferentes condiciones de iluminación. El vidrio electrocrómico proporciona visibilidad incluso en un estado oscuro y, por lo tanto, mantiene el contacto visual con el entorno externo. Esto se utiliza en aplicaciones pequeñas como los espejos retrovisores. La tecnología electrocrómica también encuentra aplicaciones en interiores, como la protección de objetos bajo vidrio en un museo y pinturas de los efectos dañinos de las ondas de luz ultravioleta y visible.
Un ejemplo de un material electrocrómico es la polianilina , que se puede crear electroquímicamente o por oxidación química de la anilina . Cuando el electrodo se sumerge en ácido clorhídrico con una pequeña mezcla de anilina, se forma una película de polianilina sobre él. Dependiendo del estado redox , la polianilina puede volverse amarilla o verde oscuro/negra. Otros materiales electrocrómicos utilizados en la práctica son los viológenos y el óxido de tungsteno WO 3 , que encuentra su mayor uso en la producción de vidrios electrocrómicos o inteligentes.
Viologen se utiliza en combinación con dióxido de titanio TiO 2 para crear pequeñas pantallas digitales . Se espera que estos reemplacen las pantallas LCD, ya que el viológeno (generalmente azul oscuro) contrasta con el titanio claro, lo que proporciona un alto contraste de pantalla .
Los avances recientes en materiales electrocrómicos relacionados con hidruros de metales de transición electrocrómicos han llevado al desarrollo de hidruros reflectantes que se vuelven más reflectantes que absorbentes al cambiar entre estados "transparentes" y "espejo".
El vidrio inteligente se produce triplexando dos o más láminas de vidrio, policarbonato o una combinación de ambos. Las siguientes tecnologías [2] para la fabricación de paneles de vidrio inteligente según el tipo de películas de laminación utilizadas son las más comunes:
El vidrio inteligente se puede utilizar tanto en instalaciones exteriores como interiores. Por ejemplo, una enorme pantalla de vidrio inteligente con neblina cambiante sirve como exhibición en Guinness Storehouse ( Dublín ). La campaña publicitaria del Nissan Micra CC en Londres presentó cajas de vidrio inteligente de cuatro paneles que cambiaron la opacidad en sucesión para crear una impactante instalación publicitaria en las calles de la ciudad.
Un ejemplo del uso racional del espacio museístico, habitualmente limitado, son las vitrinas y recintos que se transforman en pantallas multimedia. Un proyecto de este tipo se ha realizado en la parte rusa de la exposición del museo Auschwitz-Birkenau en Oswiecim , Polonia .
Otro ejemplo de uso es un enorme cubo de vidrio capaz de salir de una torre residencial de 88 pisos de altura (Eureka Towers, Melbourne , Australia ). El cubo tiene capacidad para 13 personas. Cuando alcanza los 3 m, el cristal se vuelve transparente, lo que permite a los visitantes ver Melbourne desde una altura de 275 m. [3]
El uso principal del vidrio inteligente son las mamparas y puertas internas, que muchas empresas utilizan para organizar salas de reuniones confidenciales. En el estado normal, tales locales son parte del espacio interno de la oficina, pero si es necesario, sirven como un espacio privado. La misma función la realiza el vidrio inteligente en los hospitales para organizar las salas de examen de los pacientes. Asimismo, el vidrio inteligente se utiliza en las áreas de efectivo de los bancos, en las áreas de recreación y en los probadores de las tiendas.
Los anuncios utilizan vitrinas de vidrio inteligente orientadas a la calle para presentaciones y comerciales. Si es necesario, el vidrio inteligente puede volverse transparente para ver el interior de la sala o las muestras expuestas (ropa, automóviles, etc.), o mate y usarse como pantalla de proyección.
El Boeing 787 Dreamliner utiliza ventanas electrocrómicas para reemplazar las contraventanas de la aeronave. La NASA está considerando el uso de cristales electrocrómicos para el control de la temperatura en las nuevas naves espaciales Orion y Altair .
El vidrio inteligente también se utiliza en algunos vehículos de series pequeñas. Por ejemplo, el Ferrari 575 M Superamerica tiene un techo de cristal inteligente; la misma opción se encuentra en los vehículos Maybach .
Los paneles de vidrio inteligente fabricados con una película especial de PVB que absorbe el sonido se utilizan para la zonificación acústica de habitaciones para diversos fines.