Transparentes Glas war „outdoor“, Farbwechselglas ist da!

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Ishimiya

Hersteller: China Science Expo

Wer ist derjenige, der morgens als Erstes auf sein Telefon schaut, wenn er die Augen öffnet, und als Letztes, bevor er ins Bett geht? Wer ist diese Person, die angeblich „lieber liegt als steht und keinen Sport mag“, aber ständig eine Smartwatch zur Überwachung ihrer Gesundheitsindikatoren verwendet? Viele Freunde werden vielleicht ausrufen: „Ich bin tatsächlich schwer handysüchtig und ein Punk-Gesundheitspraktiker!“

Dank der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie sind intelligente Geräte wie Smartphones, Smart-TVs und Smartwatches schon lange allgegenwärtig. Die Anwendung dieser intelligenten Technologien macht unser Leben bequemer und bunter. Wir haben zwar schon viele Smartphones und Smartwatches gesehen, aber haben Sie schon einmal intelligentes, farbwechselndes Glas gesehen?

Intelligentes Farbwechselglas mit verschiedenen Stilen

Gewöhnliches Glas ist normalerweise farblos und durchsichtig. Unter photochromem Glas versteht man Glas, dessen Farbe sich unter bestimmten äußeren Bedingungen nicht dauerhaft ändert. Derzeit sind verschiedene Arten intelligenter Farbwechselgläser auf dem Markt, darunter hauptsächlich photochromes Glas, elektrochromes Glas, thermochromes Glas, mechanochromes Glas, gasförmiges Chromglas usw. Wie werden diese Gläser also intelligent?

Photochromes Glas (Fotoquelle: Veer Gallery)

Photochromes Glas

Als photochromes Glas bezeichnet man Glas, das unter Lichteinwirkung seine Farbe ändert. Dies wird üblicherweise durch die Zugabe lichtempfindlicher Materialien zu den Rohstoffen erreicht. Die gebräuchlichsten lichtempfindlichen Materialien sind Kupferhalogenid und Silberhalogenid.

Wenn Licht auf das Glas fällt, zersetzen sich die im Glas verteilten Silberchlorid-Mikrokristalle und es entsteht Silber. Eine große Anzahl von Mikrokristallen produziert eine große Anzahl von Silberatomen, die sich zu einem Silberkolloid zusammenlagern. Silberkolloid hat eine starke Fähigkeit, Licht zu absorbieren, sodass die Lichtdurchlässigkeit des Glases abnimmt und die Farbe dunkler wird.

Nach dem Schutz vor Licht verbinden sich Silber und Halogen wieder miteinander, wodurch die Lichtdurchlässigkeit des Glases wieder verbessert wird und die Farbe heller wird.

Photochromes Glas (Bildquelle: Veer Gallery)

Elektrochromes Glas

Elektrochromes Glas ändert seine Farbe im Allgemeinen durch Anlegen eines elektrischen Felds. Dabei werden üblicherweise elektrochrome Materialien wie Wolframtrioxid, Tetrathiafulvalen und Metallphthalocyanine in das Glas dotiert.

Wenn ein externes elektrisches Feld angelegt wird, dringen die Ionen im Glas in die elektrochrome Schicht ein. Wenn die beiden sich verbinden, kommt es zu einer chemischen Reaktion, die eine Veränderung der Glasfarbe bewirkt. Die Höhe der Spannung hängt eng mit der Farbtiefe zusammen. Nach einem Stromausfall nimmt das Glas wieder seine ursprüngliche Farbe an. Elektrochromes Glas verfügt über eine einstellbare Lichtabsorption und -durchlässigkeit.

Darüber hinaus ähnelt das Prinzip des Elektrofogging-Glases dem des elektrochromen Glases. Elektrozerstäubtes Glas verändert die Transparenz und den Zerstäubungszustand des Glases durch Steuerung der Elektrizitätszufuhr. Die beschlagene Glaszwischenschicht enthält einen Dimmfilm mit Flüssigkristallmaterial. Flüssigkristalle sind Flüssigkeiten. Bei Anlegen von Strom induziert es elektrische Ladung, wodurch ein elektrostatisches Drehmoment erzeugt wird und sich in einem regelmäßigen Muster anordnet. Daher weist es eine gute Lichtdurchlässigkeit auf und die Glasfarbe ist transparent. Bei einem Stromausfall kehrt der Flüssigkristall aufgrund seiner Eigenschaften schnell in seinen unregelmäßig verteilten Zustand zurück, die Lichtdurchlässigkeit verschlechtert sich und das Glas erscheint beschlagen.

Thermochromes Glas

Auch Temperaturschwankungen können zu einer Farbveränderung des Glases führen. Durch das Hinzufügen eines intelligenten Nanogelfilms auf der Innenseite des Glases absorbieren die Nanopartikel bei steigender Außentemperatur Energie und ordnen sich regelmäßig an. Bei sinkenden Temperaturen gerät die Anordnung der Partikel durcheinander und auch die Lichtdurchlässigkeit des Glases verändert sich entsprechend.

Mechanochromes Glas

Im Vergleich zu den oben genannten drei Arten von photochromem Glas ist die Verwendung von mechanochromem Glas im Alltag derzeit relativ gering. Durch die Zugabe von Materialien in das Glas, deren Struktur sich unter Einwirkung äußerer Kräfte verändert, kann die Farbe des Glases verändert werden.

Studien haben gezeigt, dass photonische Kristallhydrogele, die durch Einbettung hydrophober Substanzen in Polyacrylamidhydrogele gebildet werden, unter der Einwirkung äußerer Kräfte ihre Farbe ändern. Unter Einwirkung äußerer Kräfte kann das daraus hergestellte Glas seine Farbe ändern.

Hydrogel (Bildquelle: Veer Library)

Gaschromes Glas

Glas kann auch seine Farbe ändern, wenn es bestimmten Gasen ausgesetzt wird. Gaschromes Glas enthält normalerweise eine gasempfindliche Schicht, die aus einem dünnen, porösen Wolframtrioxidfilm besteht, der auf eine Metallplatte aufgetragen ist.

Normalerweise erscheint das Glas durchsichtig, doch wenn Wasserstoff zugeführt wird, kommt es in der empfindlichen Schicht zu einer chemischen Reaktion und das Glas färbt sich blau. Je höher die Wasserstoffkonzentration, desto dunkler die Farbe des Glases, wodurch der Effekt der Filterung von Infrarotstrahlen erreicht wird. Wenn Sie das Glas zu diesem Zeitpunkt wieder transparent machen möchten, müssen Sie lediglich Sauerstoff zuführen.

Photochromes Glas (Fotoquelle: Veer Gallery)

Unerwarteterweise kann sich auch das scheinbar unscheinbare Glas in ein „Chamäleon“ verwandeln. Manche Leute möchten vielleicht fragen: Was passiert, nachdem sich die Farbe geändert hat? Wofür kann photochromes Glas verwendet werden? Tatsächlich gibt es für photochromes Glas ein breites Anwendungsspektrum, von der Brille, die die Menschen tragen, bis hin zur Außengestaltung von Gebäuden.

Photochrome Gläser

Manche Leute haben vielleicht festgestellt, dass Brillengläser in Innenräumen durchsichtig sind, sich aber im Freien an einem sonnigen Ort in eine Sonnenbrille verwandeln. Tatsächlich bestehen die Linsen dieser photochromen Brillen aus photochromem Glas. Neben der Verwendung als Sonnenbrille im Freien können photochrome Gläser auch ultraviolette Strahlen effektiv absorbieren und filtern und so Schäden am menschlichen Auge reduzieren oder vermeiden.

Photochrome Gläser (Bildquelle: Veer Gallery)

Badezimmer Milchglas

Im Badezimmer sieht man häufig Glas mit Übergängen zwischen klar und mattiert. Bei dieser Art von Glas wird die Stromversorgung gesteuert, um zufällige Änderungen der Transparenz zu erreichen. Installieren Sie diese Art von Glas in Ihrem Badezimmer und Sie müssen sich nie wieder Sorgen um Ihre Privatsphäre machen. Betrachten Sie es anders. Wenn die Fenster Ihres Hauses beschlagenes Glas haben, können dann Vorhänge weggelassen werden?

Beschlagenes Glas im Badezimmer (Foto: Veer Gallery)

Farbwechselglas bauen

Bei den Farbwechselgläsern in Gebäuden handelt es sich meist um thermochrome Gläser, die keine zusätzliche Leistungssteuerung benötigen, sondern je nach Umwelteinflüssen ihre Farbe ändern. Wenn die Temperatur des Sonnenlichts steigt, wird das Glas dunkler und die Infrarotdurchlässigkeit nimmt ab. Wenn die Temperatur sinkt, wird das Glas heller und die Infrarotdurchlässigkeit nimmt zu. Entsprechend steigt auch die Solarenergiegewinnung in Innenräumen.

Daher trägt thermochromes Glas dazu bei, eine konstante Temperatur im Innenbereich aufrechtzuerhalten und verbessert so den Komfort der Bewohner erheblich. Gleichzeitig kann dadurch Energie gespart und die Umwelt geschont werden.

Farbwechselndes Glas bauen (Fotoquelle: Veer Gallery)

Zusätzlich zu den oben genannten verschiedenen Einsatzmöglichkeiten kann Smart Glass auch bei der Konstruktion und Herstellung von Auto- und Flugzeugfenstern eingesetzt werden. Ich bin davon überzeugt, dass intelligentes photochromes Glas in naher Zukunft in allen Bereichen unseres Lebens stärker zum Einsatz kommen wird. Mit der vollen Unterstützung verschiedener neuer Technologien bewegen wir uns auf eine bessere Zukunft zu, die intelligenter und technologischer ist.

Quellen:

[1] Wei Hongli, He Feng, Wang Ping. Neue Fortschritte in der Forschung zu anorganischem elektrochromem Glas[J]. Glass, 2006, 33(1):4.

[2] Qi Shuai, Zeng Hongjie, Yu Hao et al. Bewertung der Energiesparleistung von photochromem Glas in Gebäuden[J]. Bulletin der Chinesischen Keramikgesellschaft, 2022, 41(4):1177-1184.

[3] Wang Guoqing, Zheng Shaoyu, Wang Peiqing et al. Forschung an einer photochromen Folie zum intelligenten Dimmen von Glas[J]. Materialien zur Informationsaufzeichnung, 2012, 13(006):16-21.

[4] Long Hui, He Xiao, Tian Lu. Eine kurze Analyse der Herstellung thermochromer Glasmaterialien[J]. Chinesische Baustoffwissenschaft und -technologie, 2015(2):2.