Smart-glass – новая тенденция в стекольной промышленности

История появления

Идея производства «умных стёкол» пришла в голову её изобретателю инженеру Стиву Абади ещё в конце 70-х годов прошлого столетия. Однако ни подходящих материалов, ни технических возможностей для его производства на тот период в мире ещё не было, поэтому реализовать идею не представлялось возможным. Однако уже в 1984 году появились жидкокристаллические технологии, которые позволили вплотную подойти к производству стёкол с меняющимися свойствами. На свет появился первый стеклопакет LC Glass с умными стёклами.

Казалось, удача улыбнулась изобретателю. Но всё оказалось сложнее. Впрочем, с изобретениями часто случаются казусы, когда их появление намного опережает своё время. В результате они остаются невостребованными просто потому, что современникам не понятно, как их использовать практически. Возможно, если бы не выдержка и предпринимательские способности изобретателя, появление смарт-стёкол было бы отложено на многие десятилетия.

Но поняв, в чём проблема, С. Абади занялся рекламой своего детища, а главное – открыл собственную компанию по его производству и вывел электронное стекло на рынок под брендом E-Glass.

Процесс занял почти полтора десятилетия и лишь в начале 2000-х годов был признан перспективной инновацией. Первыми достоинства изобретения оценили строители и дизайнеры. Панели стали активно использовать для остекления зданий и декорирования интерьеров. К 2010 году в высокоразвитых странах без них не обходился ни один построенный или отреставрированный объект. Технологией заинтересовались производители автомобилей, самолетов, космических аппаратов, но и представители других областей придумали как их использовать.

На отечественном рынке smart-стекла тоже появлялись, но единично. Стеклянные смарт-панели можно встретить в офисах банков, крупных бизнес-центров, интерьерах богатых людей.

Технология производства

Она достаточно проста. Берут два пласта закалённого стекла и один слой тончайшей плёнки, выполненной из особого полимерного вещества, кристаллическая решетка которого меняется в зависимости от внешнего воздействия. Стёкла обязательно должны быть закалёнными. Это в шесть раз увеличивает их прочность. Они становятся более устойчивыми к механическим воздействиям: не бьются, не крошатся, не трескаются, не царапаются, не лопаются. Закаливание проводят путем нагревания материала до 700°С и резкого охлаждения при помощи холодной воды.

Между подготовленными основами закладывается «умная» плёнка и стекло прочно спаивается под давлением. Получается многослойная панель, называемая триплекс.

Основные принципы

«Умная» плёнка может быть выполнена из разных материалов, в зависимости от чего свойства готовой панели будут меняться. Одни виды плёнок меняют свои свойства под действием солнечного света, другие реагируют на температуру, третьи – на появление электромагнитного поля. Например, если в составе плёнки присутствуют вольфрам с диоксидом ванадия, то стекло будет отражать инфракрасное излучение: как только температура снаружи достигнет +29°С, поток тепла снаружи блокируется. Снижается также и поток света. Такой вариант смарт-окон отлично справляется с регулированием температуры в помещении, но процесс нельзя контролировать. Панели с электроуправлением гораздо более практичны в использовании.

Классификация

На сегодняшний день применяют три основных технологии при производстве электростекол:

• на жидких кристаллах (LCD);
• на взвешенных частицах (SPD);
• с монохромным слоем (ESD).

Суть технологии LCD заключается в следующим: кристаллическая решетка основного элемента состоит из микроскопических жидких капель, которые при отсутствии электромагнитного поля располагаются в хаотичном порядке. Именно по этой причине поток света через выключенную панель не проходит, и она выглядит матовой. Однако стоит появиться электромагнитному полю, как положение капель упорядочивается, и свет спокойно проникает с минимальным уровнем рассеивания (наступает эффект прозрачности). Более того, светопроницаемостью можно управлять. Если необходимо добиться абсолютной прозрачности, следует включить агрегат на полную мощность, если хочется, чтобы свет был более приглушенным, мощность следует уменьшить (в этом случае выстроится лишь часть капель).

Технология SPD действует аналогично, только полимер состоит не из жидких капель, а из твердых частиц. При отсутствии электричества они ориентированы произвольно, в результате чего свет полностью поглощается и поверхность выглядит тёмной (синей или чёрной). Появление электрического поля упорядочивает ориентацию частиц и стекло постепенно становится прозрачным.

Технология ESD позволяет контролировать не только поток света, но и температуру. Неподключенные стёкла прозрачны, подключенные начинают менять прозрачность и цвет в зависимости от влияния внешних факторов. При этом с одной стороны стекло выглядит как абсолютно непрозрачное, а с другой – через него всё прекрасно видно. Эта технология в основном применяется в автомобилестроении, а также в производстве защитных экранов для музейных экспонатов.

Преимущества и недостатки

К преимуществам данной инновации можно отнести:

• экономию на установке дополнительных светозащитных жалюзи и штор;
• уменьшение теплопотери;
• сокращение расходов на освещение;
• возможность защиты объектов от ультрафиолета;
• возможность трансформации внутреннего пространства под различные нужды;
• новые возможности в рекламе;
• повышение качества функционирования музеев и туристических объектов;
• абсолютную безопасность при эксплуатации;
• низкое энергопотребление.

К недостаткам можно отнести всё ещё слишком высокую себестоимость.

Где применяется технология?

Как уже было сказано, из смарт-стекла можно делать как наружные, так и внутренние панели различного назначения. Например, в Guinness Storehouse, расположенном в столице Ирландии Дублине, из стеклянной панели с изменяющейся прозрачностью сделан гигантский экран с дисплеем, в Лондоне была удачно проведена одна из рекламных презентаций фирмы Nissan Micra CC. Для этого из smart-стекла сделали короба в форме стеклянных кубов, которые разместили на улицах города. Поверхности геометрических фигур поочередно меняли прозрачность, что создало поразительный эффект.

Инновацию по достоинству оценили в музейном деле. Во многих крупных музеях мира появились витрины, выставочные перегородки, гигантские экраны-трансформеры. Россия применила технологическое новшество в оформлении своей части экспозиции в музейном комплексе Аушвиц-Биркенау в Освенциме.

В австралийском Мельбурне туристов развлекают на таком аттракционе: сажают в гигантский стеклянный куб (он вмещает 13 человек), который находится в матовом состоянии. Затем он при помощи специального механизма выводится за пределы башни Eureka Towers. В этот момент стекла со всех сторон становятся абсолютно прозрачными и дают гостям возможность полюбоваться городом с высоты 275 м (88 этаж).

Шире всего технология применяется внутри зданий для моделирования пространства в зависимости от обстоятельств. Так, например, в офисах умные стёкла применяют для отгораживания переговорных зон, с этой же целью они используются в кассах банков, в примерочных магазинов, в смотровых отделениях больниц.

В рекламных целях технология применяется в организации витрин магазинов, чтобы было возможно меняя прозрачность привлекать внимание потенциальных клиентов к тому или иному товару, расположенному внутри, например, мебельному гарнитуру или автомобилю. Кроме этого, такие стёкла можно использовать для демонстрации рекламных роликов и презентаций, транслируя их прямо на улицу.

Если ещё 10 лет назад было модно оснащать крыши автомобилей класса люкс люками или полностью открывающимися крышами, то сегодня их заменили стёкла с изменяющейся прозрачностью. Корпорация «Боинг» внедрила инновацию для производства заслонок для иллюминаторов, а НАСА всерьёз рассматривает возможность применения смарт-стёкол с изменяющейся прозрачностью для регулирования температурного режима на новейших космических аппаратах Орион и Альтаир.