El vidrio inteligente o el vidrio intercambiable (también ventanas inteligentes o ventanas intercambiables en esas aplicaciones) es un vidrio o acristalamiento cuyas propiedades de transmisión de luz se alteran cuando se aplica voltaje, luz o calor. En general, el vidrio cambia de transparente a translúcido y viceversa, pasando de dejar pasar la luz a bloquear algunas (o todas) las longitudes de onda de la luz y viceversa.
Las tecnologías de vidrio inteligente incluyen dispositivos de cristal líquido electrocrómico , fotocrómico , termocrómico , de partículas suspendidas , micro ciego y de polímero disperso . [1]
Cuando se instala en la envolvente de los edificios, el vidrio inteligente crea cubiertas de edificios adaptables al clima .
Vidrio inteligente conmutable eléctricamente
Dispositivos de partículas suspendidas
En los dispositivos de partículas en suspensión (SPD), un laminado de película delgada de partículas a nanoescala en forma de varilla se suspende en un líquido y se coloca entre dos piezas de vidrio o plástico, o se adhiere a una capa. Cuando no se aplica voltaje, las partículas suspendidas se organizan aleatoriamente, bloqueando y absorbiendo la luz. Cuando se aplica voltaje, las partículas suspendidas se alinean y dejan pasar la luz. La variación del voltaje de la película varía la orientación de las partículas suspendidas, regulando así el tinte del acristalamiento y la cantidad de luz transmitida. Los SPD se pueden "sintonizar" manual o automáticamente para controlar con precisión la cantidad de luz, deslumbramiento y calor que pasan.
Dispositivos electrocrómicos
Los dispositivos electrocrómicos cambian las propiedades de transmisión de la luz en respuesta al voltaje y, por lo tanto, permiten controlar la cantidad de luz y calor que pasan. [2] En las ventanas electrocrómicas, el material electrocrómico cambia su opacidad . Se requiere una ráfaga de electricidad para cambiar su opacidad, pero una vez que se ha efectuado el cambio, no se necesita electricidad para mantener el tono particular que se ha alcanzado. [3]
Las tecnologías electrocrómicas de primera generación tienden a tener un tinte amarillo en sus estados claros y tonos azules en sus estados teñidos. El oscurecimiento ocurre desde los bordes, moviéndose hacia adentro, y es un proceso lento, que varía de muchos segundos a varios minutos (20 a 30 minutos) según el tamaño de la ventana. Las tecnologías electrocrómicas más nuevas eliminan el tono amarillo en el estado transparente y el teñido a tonos de gris más neutros, teñiendo uniformemente en lugar de de afuera hacia adentro, y aceleran las velocidades de tinte a menos de tres minutos, independientemente del tamaño del vidrio. El vidrio electrocrómico proporciona visibilidad incluso en el estado oscurecido y, por lo tanto, conserva el contacto visual con el entorno exterior.
Los avances recientes en materiales electrocrómicos pertenecientes a la electrocrómica de hidruros de metales de transición han llevado al desarrollo de hidruros reflectantes, que se vuelven reflectantes en lugar de absorbentes y, por lo tanto, cambian de estado entre transparente y similar a un espejo.
Los avances recientes en películas nanocristalinas porosas modificadas han permitido la creación de pantallas electrocrómicas. La estructura de visualización de un solo sustrato consta de varias capas porosas apiladas impresas una encima de la otra sobre un sustrato modificado con un conductor transparente (como ITO o PEDOT: PSS ). Cada capa impresa tiene un conjunto específico de funciones. Un electrodo de trabajo consta de un semiconductor poroso positivo como el dióxido de titanio, con cromógenos adsorbidos . Estos cromógenos cambian de color por reducción u oxidación. Se utiliza un pasivador como negativo de la imagen para mejorar el rendimiento eléctrico. La capa aislante sirve para aumentar la relación de contraste y separar eléctricamente el electrodo de trabajo del contraelectrodo. El contraelectrodo proporciona una alta capacitancia para contrarrestar la carga insertada / extraída en el electrodo SEG (y mantener la neutralidad de carga general del dispositivo). El carbono es un ejemplo de película de depósito de carga. Una capa de carbono conductor se usa típicamente como el contacto trasero conductor para el contraelectrodo. En la última etapa de impresión, la estructura monolítica porosa se sobreimprime con un electrolito líquido o de gel de polímero, se seca y luego se puede incorporar en varios encapsulamientos o recintos, dependiendo de los requisitos de la aplicación. Las pantallas son muy delgadas, típicamente de 30 micrómetros, o aproximadamente 1/3 de un cabello humano. El dispositivo se puede encender aplicando un potencial eléctrico al sustrato conductor transparente en relación con la capa de carbono conductor. Esto hace que se produzca una reducción de las moléculas de viológeno (coloración) dentro del electrodo de trabajo. Al invertir el potencial aplicado o proporcionar una ruta de descarga, el dispositivo se blanquea. Una característica única del monolito electrocrómico es el voltaje relativamente bajo (alrededor de 1 voltio) necesario para colorear o blanquear los viológenos. Esto puede explicarse por los pequeños sobrepotenciales necesarios para impulsar la reducción electroquímica de los viológenos / cromógenos adsorbidos en la superficie.
Dispositivos de cristal líquido con dispersión de polímeros
En los dispositivos de cristal líquido disperso en polímero (PDLC), los cristales líquidos se disuelven o dispersan en un polímero líquido seguido de la solidificación o curado del polímero. Durante el cambio del polímero de líquido a sólido, los cristales líquidos se vuelven incompatibles con el polímero sólido y forman gotitas por todo el polímero sólido. Las condiciones de curado afectan el tamaño de las gotas que a su vez afectan las propiedades operativas finales de la "ventana inteligente". Normalmente, la mezcla líquida de polímero y cristales líquidos se coloca entre dos capas de vidrio o plástico que incluyen una capa delgada de un material conductor transparente seguido del curado del polímero, formando así la estructura sándwich básica de la ventana inteligente. Esta estructura es, en efecto, un condensador.
Los electrodos de una fuente de alimentación están conectados a los electrodos transparentes. Sin voltaje aplicado, los cristales líquidos se ordenan aleatoriamente en las gotas, lo que resulta en la dispersión de la luz a medida que pasa a través del ensamblaje de la ventana inteligente. Esto da como resultado una apariencia translúcida de "blanco lechoso". Cuando se aplica voltaje a los electrodos, el campo eléctrico formado entre los dos electrodos transparentes en el vidrio hace que los cristales líquidos se alineen, permitiendo que la luz pase a través de las gotas con muy poca dispersión y dando como resultado un estado transparente. El grado de transparencia se puede controlar mediante el voltaje aplicado. Esto es posible porque a voltajes más bajos, solo unos pocos de los cristales líquidos se alinean completamente en el campo eléctrico, por lo que solo pasa una pequeña parte de la luz mientras que la mayor parte de la luz se dispersa. A medida que aumenta el voltaje, quedan menos cristales líquidos desalineados, lo que resulta en una menor dispersión de luz. También es posible controlar la cantidad de luz y calor que pasa cuando se utilizan tintes y capas interiores especiales.
Micro persianas
Las micro persianas controlan la cantidad de luz que pasa en respuesta al voltaje aplicado. Las micro persianas están compuestas por persianas metálicas delgadas laminadas sobre vidrio. Son muy pequeños y, por tanto, prácticamente invisibles a la vista. La capa de metal se deposita mediante pulverización catódica con magnetrón y se modela mediante un proceso de láser o litografía. El sustrato de vidrio incluye una capa delgada de una capa de óxido conductor transparente (TCO). Se deposita un aislante delgado entre la capa de metal laminado y la capa de TCO para la desconexión eléctrica. Sin voltaje aplicado, las micro persianas se enrollan y dejan pasar la luz. Cuando hay una diferencia de potencial entre la capa de metal laminada y la capa conductora transparente, el campo eléctrico formado entre los dos electrodos hace que las micro persianas enrolladas se estiren y bloqueen la luz. Las micro persianas tienen varias ventajas, incluida la velocidad de conmutación (milisegundos), la durabilidad de los rayos UV, la apariencia y la transmisión personalizadas. Las micro persianas se desarrollan en el Consejo Nacional de Investigación (Canadá) . Micropersianas para vidrio inteligente
Áreas de tecnología relacionadas
La expresión vidrio inteligente se puede interpretar en un sentido más amplio para incluir también acristalamientos que cambian las propiedades de transmisión de la luz en respuesta a una señal ambiental como la luz o la temperatura.
- Los diferentes tipos de acristalamientos pueden mostrar una variedad de fenómenos crómicos , es decir, en función de los efectos fotoquímicos , el acristalamiento cambia sus propiedades de transmisión de luz en respuesta a una señal ambiental como la luz ( fotocromismo ), la temperatura ( termocromismo ) o el voltaje ( electrocromismo ).
- Los cristales líquidos, cuando están en un estado termotrópico , pueden cambiar las propiedades de transmisión de luz en respuesta a la temperatura.
- Se han investigado varios metales. Las películas delgadas de Mg-Ni tienen una transmitancia visible baja y son reflectantes. Cuando se exponen a H 2 gas o reducidas por un electrolito alcalino, que se vuelven transparentes. Esta transición se atribuye a la formación de hidruro de magnesio y níquel , Mg 2 NiH 4 . Las películas se crearon mediante codificación conjunta a partir de objetivos separados de Ni y Mg para facilitar las variaciones en la composición. La pulverización catódica con magnetrón de CC de un solo objetivo podría usarse eventualmente, lo que sería relativamente simple en comparación con la deposición de óxidos electrocrómicos, lo que los haría más asequibles. El Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley determinó que los nuevos metales de transición eran más baratos y menos reactivos, pero tenían las mismas cualidades, lo que reducía aún más el costo.
- El revestimiento de VO 2 de dióxido de vanadio dopado con tungsteno refleja la luz infrarroja cuando la temperatura sube por encima de los 29 ° C (84 ° F), para bloquear la transmisión de la luz solar a través de las ventanas a temperaturas ambiente elevadas. El dióxido de vanadio sufre una transición de semiconductor a metal a una temperatura relativamente baja. Esta transición cambia el material de tener propiedades conductoras a propiedades aislantes y termina cambiando el color del vidrio así como sus propiedades de transmisión. Una vez que el recubrimiento sufre este cambio, puede evitar que lo que está aislando gane calor mediante la filtración del espectro infrarrojo. [4]
Estos tipos de acristalamientos no se pueden controlar manualmente. Por el contrario, todas las ventanas inteligentes conmutadas eléctricamente se pueden hacer para adaptar automáticamente sus propiedades de transmisión de luz en respuesta a la temperatura o el brillo mediante la integración con un termómetro o fotosensor , respectivamente.
Ejemplos de uso
Eureka Tower en Melbourne tiene un cubo de vidrio que sobresale 3 m (10 pies) del edificio con visitantes adentro, suspendido a casi 300 m (984 pies) sobre el suelo. Cuando uno entra, el vidrio se vuelve opaco a medida que el cubo se mueve hacia el borde del edificio. Una vez extendido por completo sobre el borde, el vidrio se vuelve transparente. [5]
El Boeing 787 Dreamliner cuenta con ventanas electrocrómicas que reemplazaron las cortinas de las ventanas desplegables en los aviones existentes. [6]
La NASA está estudiando el uso de la electrocromía para gestionar el entorno térmico experimentado por los vehículos espaciales Orion y Altair de nuevo desarrollo .
El vidrio inteligente se ha utilizado en algunos automóviles de producción pequeña, incluido el Ferrari 575 M Superamerica . [7]
Los trenes de alta velocidad ICE 3 utilizan paneles de vidrio electrocromáticos entre el habitáculo y la cabina del conductor.
Los ascensores del Monumento a Washington utilizan vidrio inteligente para que los pasajeros puedan ver las piedras conmemorativas dentro del monumento.
El baño de la ciudad en la plaza Museumplein de Ámsterdam cuenta con vidrio inteligente para determinar fácilmente el estado de ocupación de un puesto vacío cuando la puerta está cerrada, y luego para privacidad cuando está ocupado.
Bombardier Transportation tiene ventanas inteligentes en el desenfoque en el Bombardier Innovia APM 100 que opera en la línea Bukit Panjang LRT de Singapur , para evitar que los pasajeros miren dentro de los apartamentos mientras el tren está en movimiento [8] y planea ofrecer ventanas con tecnología de vidrio inteligente en su Flexity. 2 vehículos de tren ligero . [9]
El fabricante chino de teléfonos OnePlus demostró un teléfono cuyas cámaras traseras están colocadas detrás de un panel de vidrio electrocrómico. [10]
Los baños públicos en Tokio usan esta tecnología cuando la puerta del baño ocupado está cerrada. [11]
En la cultura popular
- La película de 1982 Blade Runner contiene una representación temprana de vidrio inteligente en una escena en la que una habitación se oscurece con una pantalla similar a un vidrio inteligente para que Rick Deckard , interpretado por Harrison Ford , pueda administrar una prueba de estilo polígrafo para determinar si Rachael, interpretado por Sean Young , es un robot orgánico conocido como replicante .
- La película Filadelfia de 1993 presenta una escena en la que una gran sala de conferencias en medio del bufete de abogados tiene paredes de vidrio en tres lados. Jason Robards dice: "¿Te importaría golpear las ventanas?", Y se acciona un interruptor y todas las ventanas se vuelven transparentes inmediatamente, de modo que nadie puede verlos despidiendo al personaje de Tom Hanks. [12]
- En el juego de 1999 Dino Crisis, hay un "vidrio a prueba de balas hecho de cristal líquido. No puedes ver a través de él porque actualmente está configurado en modo" humo "", como la protagonista principal, Regina, describe un panel de vidrio en el área final. del juego.
- Smart Glass se ve en la película de 2002 La suma de todos los miedos , en la que Jack Ryan , interpretado por Ben Affleck , es conducido a una habitación secreta en el Pentágono , cuyas ventanas se blanquean cuando se cierra la puerta.
- Smart Glass se puede ver en la tercera temporada de la serie de televisión 24 , donde Jack Bauer cambió la visibilidad a vidrio esmerilado para ocultar la vista mientras se inyectaba heroína.
- Smart Glass se menciona en la tercera temporada, episodio cinco de CSI: Miami , titulado "Legal", en el que una joven que trabaja encubierta para exponer el consumo de alcohol por menores es asesinada en una habitación protegida por lo que Ryan Wolfe llama "vidrio inteligente", donde al cerrar la puerta se completa un circuito eléctrico, haciendo que el vidrio se congele y se vuelva opaco. El episodio se emitió por primera vez en 2004.
- Smart Glass se ve en la serie de televisión Lie to Me con la sala de interrogatorios / entrevistas en las oficinas de Lightman Group que consiste en lo que equivale a una caja del tamaño de una habitación dentro de una habitación más grande, con paredes de vidrio inteligente. Las paredes parecen ser blancas y opacas la mayor parte del tiempo, pero se pueden aclarar para revelar a quienes observan un sujeto desde el exterior.
- El vidrio inteligente apareció en el videojuego de 2005 Tom Clancy's Splinter Cell: Chaos Theory en una quinta misión, "Displace International", que permite al personaje principal cambiar rápidamente entre los modos de encendido y apagado con su accesorio de pistola OCP.
- Smart Glass se mostró en la película Iron Man (2008) , después de que la reportera Christine Everhart se despierta después de una aventura de una noche con Tony Stark .
- Smart Glass se ve en uso en White Collar temporada 1 episodio 8 "Hard Sell" cuando Neal viene a decirle a Daniel Reed que Avery planea traicionarlo. Daniel acciona un interruptor y la ventana de su oficina se congela, evitando que Avery mire adentro mientras hablan.
- Smart Glass apareció en la película de James Bond de 2012 Skyfall , revelando a Raoul Silva a M después de ser capturado.
- El vidrio inteligente se usó en el baño en The Real World: Austin .
- El vidrio inteligente regulable apareció en la película de 2014, Capitán América: The Winter Soldier , en la oficina de SHIELD en Washington, DC.
- Smart Glass apareció en la película animada de 2014 Big Hero 6 , utilizada por Tadashi Hamada para su oficina.
- En la quinta temporada de Angel , el vidrio inteligente recubre la pared interior de la oficina de Angel y se puede congelar con solo presionar un interruptor debajo del escritorio de Angel. (El "vidrio necro-templado" ficticio seguro para vampiros recubre las paredes exteriores del edificio).
- El vidrio electrocrómico se puede ver en un amplio uso en el videojuego Deus Ex: Mankind Divided de 2016 . El vidrio EC se usa con frecuencia para bloquear / desbloquear la visión entre las habitaciones y el entorno circundante.
- En el drama coreano de 2018 What's Wrong with Secretary Kim , Lee Young-joon estaba abrazando a su secretaria, Kim Mi-so, cuando de repente, tres de los amigos de Mi-so, el Sr.Jung, Kim Ji-ah y la Sra. Bong, estaban mirándolos desde la ventana del Sr. Lee. Mi-so se dio cuenta de que estaban siendo vigilados, por lo que tomó un control remoto y activó el vidrio electrocrómico para evitar que vieran lo que estaba sucediendo.
- En el videojuego Grand Theft Auto V de 2013 , ciertos edificios comprados por el jugador en el modo en línea del juego se pueden actualizar con "vidrio de privacidad".
Ver también
- Blanco anti-flash
- Ceguera por destello
- Vidrio calefactable
- Película inteligente
Referencias
- ^ Baetens, R .; Jelle, BP; Gustavsen, A. (2010). "Propiedades, requisitos y posibilidades de las ventanas inteligentes para el control dinámico de la luz natural y la energía solar en edificios: una revisión del estado de la técnica". Materiales de energía solar y células solares . 94 (2): 87-105. doi : 10.1016 / j.solmat.2009.08.021 . hdl : 11250/2473860 .
- ^ Xu, Ting; Walter, Erich C .; Agrawal, Amit; Bohn, Christopher; Velmurugan, Jeyavel; Zhu, Wenqi; Lezec, J .; Talin, A. Alec (27 de enero de 2016). "Conmutación electrocrómica rápida y de alto contraste habilitada por plasmónicos" . Comunicaciones de la naturaleza . 7 : 10479. Bibcode : 2016NatCo ... 710479X . doi : 10.1038 / ncomms10479 . PMC 4737852 . PMID 26814453 .
- ^ Mortimer, Roger J. "Cambiar colores con electricidad" . Científico estadounidense . Consultado el 2 de agosto de 2018 .
- ^ S. Szyniszewski, R. Vogel, F. Bittner, E. Jakubczyk, M. Anderson, M. Pelacci, A. Chinedu, H.-J. Endres y T. Hipke, "Material no cortable creado mediante resonancia local y efectos de velocidad de deformación", Scientific Reports, vol. 10, no. 1 de febrero de 2020. “Ventanas termocrómicas inteligentes”, Journal of Chemical Education. [En línea]. Disponible: https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ed083p393?casa_token=zJ-zsaZpN04AAAAA%3AlgN2ih2sSofIpAKDIq3fo3Ol0D1TPwDoVlCvMNCk4_sEYisZftwRKD0-MPjpcdbqoAWsVOwB_D0AzoE . [Consultado: 19-Oct-2020].
- ^ "Experimente el aterrador Edge en Eureka Tower" . Heraldo del sol . news.com.au. 29 de abril de 2007.
- ^ "Cómo funcionan las ventanas mágicas en el 787 Dreamliner de Boeing" . Gizmodo. 10 de agosto de 2011 . Consultado el 2 de agosto de 2018 .
- ^ McGrath, Jenny (7 de agosto de 2015). "Enfriamiento de la casa: un nuevo vidrio inteligente podría bloquear tanto el calor como la luz" . Tendencias digitales . Consultado el 3 de agosto de 2018 .
- ^ "Bombardier INNOVIA APM100 (C801), Singapur" . Trenes SG. 2015-07-23. Archivado desde el original el 23 de julio de 2015.
Los trenes Bombardier INNOVIA APM100 (C801) son la primera variante de vagones LRT de Singapur, que opera en la línea LRT de 14 estaciones Bukit Panjang operada por SMRT Light Rail Ltd. Fueron desarrollados por primera vez por Adtranz como el CX-100, que luego fue adquirido por Bombardier Transportation y renombrado en 2001.
- ^ "Bombardier presentará el matiz de sistemas de visión con SPD-SmartGlass de Research Frontiers en InnoTrans 2014 en Berlín, Alemania" . CNN Money . 2014-09-18. Archivado desde el original el 19 de septiembre de 2014.
Esta tecnología de ventana regulable electrónicamente proporciona un aislamiento térmico insuperable: SPD-SmartGlass rechaza sustancialmente que el calor solar entre a través de las ventanas. En comparación con el vidrio automotriz convencional, Mercedes-Benz informó que el uso de SPD-SmartGlass redujo significativamente la temperatura dentro del vehículo hasta en 18 ° F / 10 ° C. Esto aumenta la comodidad de los pasajeros y reduce las cargas de aire acondicionado, lo que ahorra combustible y reduce las emisiones de CO2.
- ^ "OnePlus Concept One: detalles, especificaciones, cámara que desaparece" , a través de www.wired.com.
- ^ "Baño público transparente de Tokio" - a través de YouTube.com.
- ^ https://www.youtube.com/watch?v=xlgwSO7QY5s
Otras lecturas
- Granqvist, Claes-Göran (2002) [1995]. Manual de materiales electrocrómicos inorgánicos . Amsterdam: Elsevier. ISBN 9780444541635. OCLC 754957758 .
enlaces externos
- Cromogénica , en: Ventanas e iluminación natural en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley
- Ventanas de acristalamiento conmutables Cambie la transmitancia de luz, la transparencia o el sombreado de las ventanas en toolbase.org