Vidro inteligente - Smart glass

Vidro inteligente em um estado transparente.

Vidro inteligente em um estado opaco.

Um vidro inteligente ou vidro comutável (também chamado de janela inteligente ou janela comutável nessas aplicações) é um vidro ou vidraça cujas propriedades de transmissão de luz são alteradas quando a tensão, a luz ou o calor é aplicado. Em geral, o vidro muda de transparente para translúcido e vice-versa, mudando de deixar a luz passar para bloquear alguns (ou todos) comprimentos de onda de luz e vice-versa. O vidro inteligente pode ser construído por laminação com um filme inteligente ou filme comutável , geralmente usando laminados de vidro, acrílico ou policarbonato.

Alguns tipos de filmes inteligentes também podem ser usados ​​para converter janelas normais em vidro inteligente, usando um filme inteligente autoadesivo ou cola especial.

As tecnologias de vidro inteligente incluem dispositivos eletrocrômicos , fotocrômicos , termocrômicos , de partículas suspensas , micro-cegos e de cristal líquido disperso por polímero .

Quando instalado no envelope de edifícios, o vidro inteligente cria conchas de construção adaptáveis ​​ao clima . Algumas vantagens das janelas inteligentes é que elas podem eliminar a necessidade de persianas, cortinas ou tratamentos de janela. O vidro inteligente pode combinar várias funções, como ajuste de luz natural, bloqueio de UV e infravermelho , publicidade e segurança.

História

Devido à sensibilidade à umidade, as versões anteriores do filme eram usadas apenas para fazer vidro inteligente por laminação no vidro. As empresas continuam tentando vários métodos de instalação para usar o filme por si só, sem ter que adicionar o custo de laminação.

Formulários

Cortina eletrica

O vidro inteligente pode ser usado para aquecimento e resfriamento com economia de energia, controlando a quantidade de luz solar que atravessa uma janela. Um filme de controle de temperatura transparente ou embaçado faz com que o filme inteligente entre em um estado de neblina quando faz sol e a temperatura interna é alta. Quando está ensolarado e a temperatura interna é baixa, o vidro inteligente entra em um estado transparente.

Privacidade

No escritório:

• Aplicado ao gabinete de vidro de uma sala de conferências. Quando o vidro é transparente, pode-se ver dentro ou fora da sala, e quando não é transparente pode ser usado como tela de projeção.
• Função de economia de energia da parede de cortina de vidro

Decoração interna da residência de luxo:

• Cortina de vidro da cobertura da iluminação, casa da luz do sol, sala e compartimento do banheiro. O vidro fica turvo quando fora de uso, o que protege a privacidade, e quando fica transparente pode ficar totalmente banhado de sol.

Anúncio

Exibição do produto e propaganda comercial:

• Vitrine de vidro, protege os produtos quando não é transparente e pode ser usada para projeção para introdução de produtos; quando é transparente, pode ser usado para publicidade na loja.

O vidro inteligente pode ser usado como uma tela de projeção selecionável em uma vitrine para publicidade. O filme inteligente de terceira geração é bom para projeção frontal e traseira, e as imagens projetadas podem ser vistas de ambos os lados.

Outros usos

Os usos para outras ocasiões especiais incluem:

• A porta de vidro de um banheiro é transparente quando não está em uso e imediatamente fica turva quando a porta é fechada.
• O piso de vidro e as escadas do segundo andar parecem turvos quando pisados, caso contrário, são transparentes.
• Privacidade usa em hospitais, por exemplo, janelas de quartos de bebês e unidades de terapia intensiva, substituindo cortinas, para reduzir a poeira e ruído.
• Aplicados a salas sem poeira e salas de limpeza, os filmes inteligentes podem ser usados ​​para alternar entre transparentes e não transparentes e podem reduzir a inconveniência para os clientes que têm que usar roupas livres de poeira entrando e saindo da sala.

Cores

As novas gerações de vidros e filmes inteligentes incluem baixa névoa e cores que incluem: branco leitoso, cinza e azul.

Vidro inteligente comutável eletricamente

A tabela a seguir mostra uma visão geral das diferentes tecnologias de vidro inteligente comutáveis ​​eletricamente:

Dispositivos eletrocrômicos

Dispositivos eletrocrômicos mudam as propriedades de transmissão de luz em resposta à voltagem e, assim, permitem o controle sobre a quantidade de luz e calor que passam. Em janelas eletrocrômicas, o material eletrocrômico muda sua opacidade . Uma explosão de eletricidade é necessária para mudar sua opacidade, mas uma vez que a mudança foi efetuada, nenhuma eletricidade é necessária para manter a tonalidade específica que foi alcançada.

As tecnologias eletrocrômicas de primeira geração tendem a ter um matiz amarelo em seus estados claros e tons de azul em seus estados coloridos. O escurecimento ocorre a partir das bordas, movendo-se para dentro, e é um processo lento, variando de muitos segundos a vários minutos (20–30 minutos) dependendo do tamanho da janela. As tecnologias eletrocrômicas mais recentes eliminam o tom amarelo no estado claro e tingindo em tons mais neutros de cinza, matizando uniformemente em vez de de fora para dentro, e aceleram as velocidades de tingimento para menos de três minutos, independentemente do tamanho do vidro. O vidro eletrocrômico fornece visibilidade mesmo no estado escuro e, portanto, preserva o contato visual com o ambiente externo.

Avanços recentes em materiais eletrocrômicos relativos à eletrocrômica de hidreto de metal de transição levaram ao desenvolvimento de hidretos reflexivos, que se tornam reflexivos em vez de absorventes e, portanto, alternam os estados entre transparentes e espelhados.

Avanços recentes em filmes nano-cristalinos porosos modificados permitiram a criação de telas eletrocrômicas. A estrutura de exibição de substrato único consiste em várias camadas porosas empilhadas impressas em cima umas das outras em um substrato modificado com um condutor transparente (como ITO ou PEDOT: PSS ). Cada camada impressa possui um conjunto específico de funções. Um eletrodo de trabalho consiste em um semicondutor poroso positivo, como o dióxido de titânio, com cromógenos adsorvidos . Esses cromógenos mudam de cor por redução ou oxidação. Um passivador é usado como negativo da imagem para melhorar o desempenho elétrico. A camada isolante serve ao propósito de aumentar a razão de contraste e separar o eletrodo de trabalho eletricamente do contra-eletrodo. O contra-eletrodo fornece uma alta capacitância para contrabalançar a carga inserida / extraída no eletrodo SEG (e manter a neutralidade geral da carga do dispositivo). O carbono é um exemplo de filme de reservatório de carga. Uma camada condutora de carbono é normalmente usada como o contato traseiro condutivo para o contra-eletrodo. Na última etapa de impressão, a estrutura de monólito poroso é sobreimpressa com um líquido ou eletrólito de gel de polímero, seca e, em seguida, pode ser incorporada em vários encapsulamentos ou invólucros, dependendo dos requisitos da aplicação. As telas são muito finas, normalmente 30 micrômetros ou cerca de 1/3 de um fio de cabelo humano. O dispositivo pode ser ligado aplicando um potencial elétrico ao substrato condutor transparente em relação à camada de carbono condutora. Isso faz com que uma redução das moléculas de viologen (coloração) ocorra dentro do eletrodo de trabalho. Ao inverter o potencial aplicado ou fornecer um caminho de descarga, o dispositivo alveja. Uma característica única do monólito eletrocrômico é a voltagem relativamente baixa (cerca de 1 Volt) necessária para colorir ou branquear os viologenos. Isso pode ser explicado pelos pequenos superpotenciais necessários para conduzir a redução eletroquímica dos viologenos / cromógenos adsorvidos na superfície.

A maioria dos tipos de filme inteligente requer uma alta tensão (por exemplo, 110 VAC) para operar o filme inteligente e, portanto, esses tipos de filmes inteligentes devem ser incluídos em laminados de vidro, acrílico ou policarbonato para fornecer segurança elétrica aos usuários que possam tocar o vidro.

Dispositivos de cristal líquido disperso em polímero

Em dispositivos de cristal líquido disperso por polímero (PDLCs), os cristais líquidos são dissolvidos ou dispersos em um polímero líquido seguido pela solidificação ou cura do polímero. Durante a mudança do polímero de líquido para sólido, os cristais líquidos tornam-se incompatíveis com o polímero sólido e formam gotículas por todo o polímero sólido. As condições de cura afetam o tamanho das gotas que, por sua vez, afetam as propriedades operacionais finais da "janela inteligente". Normalmente, a mistura líquida de polímero e cristais líquidos é colocada entre duas camadas de vidro ou plástico que incluem uma fina camada de um material transparente e condutor seguido pela cura do polímero, formando assim a estrutura básica em sanduíche da janela inteligente. Essa estrutura é, na verdade, um capacitor.

Eletrodos de uma fonte de alimentação são fixados aos eletrodos transparentes. Sem nenhuma voltagem aplicada, os cristais líquidos são dispostos aleatoriamente nas gotículas, resultando na dispersão da luz à medida que ela passa pelo conjunto da janela inteligente. Isso resulta em uma aparência translúcida, "branca leitosa". Quando uma voltagem é aplicada aos eletrodos, o campo elétrico formado entre os dois eletrodos transparentes no vidro faz com que os cristais líquidos se alinhem, permitindo que a luz passe pelas gotículas com muito pouca dispersão e resultando em um estado transparente. O grau de transparência pode ser controlado pela tensão aplicada. Isso é possível porque em tensões mais baixas, apenas alguns dos cristais líquidos se alinham completamente no campo elétrico, então apenas uma pequena porção da luz passa enquanto a maior parte da luz é espalhada. Conforme a voltagem é aumentada, menos cristais líquidos permanecem fora do alinhamento, resultando em menos luz sendo espalhada. Também é possível controlar a quantidade de luz e calor que passam, quando tintas e camadas internas especiais são usadas.

Dispositivos de partículas suspensas

Em dispositivos de partículas suspensas (SPDs), um laminado de película fina de partículas em escala nanométrica em forma de bastão é suspenso em um líquido e colocado entre dois pedaços de vidro ou plástico, ou preso a uma camada. Quando nenhuma tensão é aplicada, as partículas suspensas são organizadas aleatoriamente, bloqueando e absorvendo a luz. Quando a tensão é aplicada, as partículas suspensas se alinham e deixam a luz passar. A variação da voltagem do filme varia a orientação das partículas suspensas, regulando assim a tonalidade da vidraça e a quantidade de luz transmitida. Os SPDs podem ser "ajustados" manualmente ou automaticamente para controlar com precisão a quantidade de luz, brilho e calor que passam.

Micro-blinds

Imagem de Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) de Micro-cortinas

Micro-cortinas controlam a quantidade de luz que passa em resposta à voltagem aplicada. As micro-cortinas são compostas por cortinas finas de metal laminado em vidro. Eles são muito pequenos e, portanto, praticamente invisíveis a olho nu. A camada de metal é depositada por pulverização catódica de magnetron e padronizada por laser ou processo de litografia. O substrato de vidro inclui uma camada fina de uma camada de óxido condutor transparente (TCO). Um isolante fino é depositado entre a camada de metal laminado e a camada de TCO para desconexão elétrica. Sem tensão aplicada, as micro cortinas são enroladas e permitem a passagem da luz. Quando há uma diferença de potencial entre a camada de metal laminado e a camada condutora transparente, o campo elétrico formado entre os dois eletrodos faz com que as micro persianas laminadas se estiquem e, assim, bloqueiem a luz. As micro-cortinas têm várias vantagens, incluindo velocidade de comutação (milissegundos), durabilidade UV, aparência personalizada e transmissão. O micro-blinds é desenvolvido no National Research Council (Canadá) . Micro-cortinas para vidro inteligente

Áreas de tecnologia relacionadas

A expressão vidro inteligente pode ser interpretada em um sentido mais amplo para incluir também vidraças que alteram as propriedades de transmissão de luz em resposta a um sinal ambiental, como luz ou temperatura.

• Diferentes tipos de envidraçamento podem apresentar uma variedade de fenômenos crômicos , ou seja, com base em efeitos fotoquímicos , o envidraçamento altera suas propriedades de transmissão de luz em resposta a um sinal ambiental, como luz ( fotocromismo ), temperatura ( termocromismo ) ou voltagem ( eletrocromismo ).
• Os cristais líquidos, quando estão em um estado termotrópico , podem alterar as propriedades de transmissão de luz em resposta à temperatura.
• Vários metais foram investigados. Filmes finos de Mg-Ni têm baixa transmitância visível e são reflexivos. Quando são expostos ao gás H ₂ ou reduzidos por um eletrólito alcalino, eles se tornam transparentes. Essa transição é atribuída à formação de hidreto de magnésio e níquel , Mg ₂ NiH ₄ . Os filmes foram criados por cosputterização de alvos separados de Ni e Mg para facilitar as variações na composição. A pulverização catódica com magnetron CC de alvo único poderia ser usada eventualmente, o que seria relativamente simples em comparação com a deposição de óxidos eletrocrômicos, tornando-os mais acessíveis. O Laboratório Nacional Lawrence Berkeley determinou que os novos metais de transição eram mais baratos e menos reativos, mas continham as mesmas qualidades, reduzindo ainda mais o custo.
• O revestimento de dióxido de vanádio VO ₂ dopado com tungstênio reflete a luz infravermelha quando a temperatura sobe acima de 29 ° C (84 ° F), para bloquear a transmissão da luz solar através das janelas em altas temperaturas ambientes. O dióxido de vanádio sofre uma transição de semicondutor para metal a uma temperatura relativamente baixa. Essa transição altera o material de possuir propriedades condutoras para propriedades isolantes e acaba alterando a cor do vidro, bem como suas propriedades de transmissão. Uma vez que o revestimento passa por essa mudança, ele pode efetivamente impedir que o que está isolando ganhe calor por meio da filtragem do espectro infravermelho.

Esses tipos de vidros não podem ser controlados manualmente. Em contraste, todas as janelas inteligentes comutadas eletricamente podem ser feitas para adaptar automaticamente suas propriedades de transmissão de luz em resposta à temperatura ou brilho pela integração com um termômetro ou fotossensor , respectivamente.

Exemplos de uso

Trem ICE 3 com vista para a cabine do motorista

Trem ICE 3 com painel de vidro alterado para modo "fosco"

Eureka Tower em Melbourne tem um cubo de vidro que se projeta 3 m (10 pés) para fora do edifício com visitantes dentro, suspenso quase 300 m (984 pés) acima do solo. Quando se entra, o vidro fica opaco à medida que o cubo se move para fora da borda do edifício. Uma vez totalmente estendido sobre a borda, o vidro se torna transparente.

O Boeing 787 Dreamliner possui janelas eletrocrômicas que substituíram as persianas suspensas nas aeronaves existentes.

A NASA está estudando o uso de eletrocrômica para gerenciar o ambiente térmico experimentado pelos veículos espaciais Orion e Altair recentemente desenvolvidos .

O vidro inteligente tem sido usado em alguns carros de produção pequena, incluindo o Ferrari 575 M Superamerica .

Os trens de alta velocidade ICE 3 usam painéis de vidro eletrocromáticos entre o compartimento do passageiro e a cabine do motorista.

Os elevadores do Monumento a Washington usam vidros inteligentes para que os passageiros vejam as pedras comemorativas dentro do monumento.

O banheiro da cidade na praça Museumplein de Amsterdã possui vidros inteligentes para facilitar a determinação do status de ocupação de uma cabine vazia quando a porta está fechada e, em seguida, para privacidade quando ocupada.

A Bombardier Transportation tem janelas inteligentes em borrão na Bombardier Innovia APM 100 operando na linha Bukit Panjang LRT de Cingapura , para evitar que os passageiros espiem os apartamentos enquanto o trem está em movimento e planeja oferecer janelas usando a tecnologia de vidro inteligente em seu metrô leve Flexity 2 veículos .

O fabricante chinês de telefones OnePlus demonstrou um telefone cujas câmeras traseiras são colocadas atrás de um painel de vidro eletrocrômico.

Os banheiros públicos em Tóquio usam essa tecnologia quando a porta do banheiro ocupado está trancada.

Na cultura popular

• O filme de 1982 Blade Runner contém uma representação inicial de vidro inteligente em uma cena em que uma sala é escurecida com uma sombra semelhante a um vidro inteligente para que Rick Deckard , interpretado por Harrison Ford , possa administrar um teste do tipo polígrafo para determinar se Rachael, retratado por Sean Young , é um robô orgânico conhecido como replicante .
• O filme Filadélfia de 1993 apresenta uma cena em que uma grande sala de conferências no meio do escritório de advocacia tem paredes de vidro em três lados. Jason Robards diz: "Você se importaria de bater nas janelas?", E um interruptor é acionado e todas as janelas imediatamente se tornam translúcidas, de modo que ninguém pode vê-los atirando no personagem de Tom Hanks.
• No jogo Dino Crisis de 1999, há um "vidro à prova de balas feito de cristal líquido. Você não pode ver através dele porque ele está atualmente configurado para" modo de fumaça "" como a protagonista principal Regina descreve um painel de vidro na área final do jogo.
• O vidro inteligente é visto no filme de 2002 The Sum of All Fears , no qual Jack Ryan , interpretado por Ben Affleck , é conduzido a uma sala secreta no Pentágono , cujas janelas ficam brancas quando a porta é fechada.
• O vidro inteligente pode ser visto na terceira temporada da série de televisão 24 , onde Jack Bauer mudou a visibilidade para vidro fosco para esconder a visão enquanto ele injetava heroína.
• O vidro inteligente é mencionado na terceira temporada, episódio cinco de CSI: Miami , intitulado "Legal", no qual uma jovem trabalhando disfarçada para expor o consumo de álcool por menores é assassinada em uma sala protegida pelo que Ryan Wolfe chama de "vidro inteligente", onde fechar a porta completa um circuito elétrico, fazendo com que o vidro congele e se torne opaco. O episódio foi ao ar pela primeira vez em 2004.
• O vidro inteligente é visto na série de televisão Lie to Me com a sala de interrogatório / entrevista nos escritórios do Lightman Group que consiste em uma caixa do tamanho de uma sala dentro de uma sala maior, com paredes de vidro inteligentes. As paredes parecem ser brancas e opacas na maioria das vezes, mas podem ser tornadas claras para revelar quem está observando um objeto de fora.
• O vidro inteligente foi apresentado no videogame de Tom Clancy em Splinter Cell: Chaos Theory em uma quinta missão, "Displace International", permitindo ao personagem principal alternar rapidamente entre os modos ligado e desligado com sua pistola OCP.
• O vidro inteligente foi mostrado no filme Homem de Ferro (2008) , depois que a repórter Christine Everhart acorda após uma noite com Tony Stark .
• Vidro inteligente é visto em uso no episódio 8 da temporada 1 de White Collar , "Hard Sell", quando Neal chega para dizer a Daniel Reed que Avery planeja traí-lo. Daniel liga um botão e a janela de seu escritório fica congelada, impedindo Avery de espiar para dentro enquanto eles conversam.
• O vidro inteligente foi apresentado no filme Skyfall de 2012, de James Bond , revelando Raoul Silva a M depois que ele foi capturado.
• Vidro inteligente foi usado no banheiro em The Real World: Austin .
• O vidro inteligente regulável foi apresentado no filme de 2014, Capitão América: O Soldado de Inverno , no escritório da SHIELD em Washington, DC
• O vidro inteligente foi apresentado no longa de animação de 2014, Big Hero 6 , usado por Tadashi Hamada em seu escritório.
• Na quinta temporada de Angel , vidros inteligentes revestem a parede interna do escritório de Angel e podem ser congelados com o toque de um botão embaixo da mesa de Angel. (O "vidro necro-temperado" fictício, seguro para vampiros, reveste as paredes externas do edifício.)
• O vidro eletrocrômico pode ser amplamente utilizado no videogame Deus Ex: Mankind Divided de 2016 . O vidro CE é freqüentemente usado para bloquear / desbloquear a visão entre as salas e o ambiente circundante.
• No drama coreano de 2018 O que há de errado com o secretário Kim , Lee Young-joon estava abraçando sua secretária, Kim Mi-so, quando de repente, três amigos de Mi-so, Sr. Jung, Kim Ji-ah e Sra. Bong, estavam observando-os da janela do Sr. Lee. Mi-so percebeu que eles estavam sendo observados, então pegou um controle remoto e ativou o vidro eletrocômico para evitar que vissem o que estava acontecendo.
• No videogame Grand Theft Auto V de 2013 , certos edifícios adquiridos pelo jogador no modo online do jogo podem ser atualizados com "vidro de privacidade".

Veja também

• Anti-flash branco
• Cegueira instantânea
• Vidro aquecivel
• Filme inteligente
• Filme led

Referências

Leitura adicional

• Granqvist, Claes-Göran (2002) [1995]. Manual de materiais eletrocrômicos inorgânicos . Amsterdã: Elsevier. ISBN 9780444541635. OCLC  754957758 .

links externos

• Cromogênica , em: Windows and Daylighting no Lawrence Berkeley National Laboratory
• Janelas de vidro alternáveis ​​Altere a transmitância de luz, transparência ou sombreamento das janelas em toolbase.org