Des chercheurs ont mis au point un matériau pour les fenêtres dynamiques de nouvelle génération, permettant aux occupants des bâtiments de passer entre trois modes : transparent, bloquant la lumière infrarouge et teinté pour contrôler l’éblouissement. Cette avancée pourrait rendre les bâtiments plus éco-énergétiques.
Les fenêtres dynamiques et l’électrochromisme
Les fenêtres dynamiques basées sur l’électrochromisme, c’est-à-dire dont l’opacité change en réponse à un stimulus électrique, ne sont pas un concept nouveau. Jusqu’à présent, la plupart des fenêtres dynamiques étaient soit claires, soit sombres.
« Notre travail démontre qu’il existe d’autres options disponibles« , déclare Veronica Augustyn, co-auteure de l’article et chercheuse en science des matériaux et ingénierie à l’Université de Caroline du Nord.
Le rôle de l’eau dans les matériaux de fenêtres dynamiques
La clé pour des matériaux de fenêtres plus dynamiques réside dans l’eau. Les chercheurs ont découvert que lorsque l’eau est liée à la structure cristalline d’un oxyde de tungstène, formant un hydrate d’oxyde de tungstène, le matériau présente un comportement inédit.
Les oxydes de tungstène sont depuis longtemps utilisés dans les fenêtres dynamiques, car ils sont normalement transparents. Cependant, lorsqu’un signal électrique est appliqué et que des ions lithium et des électrons sont injectés dans le matériau, celui-ci devient sombre et bloque la lumière.
Le contrôle des longueurs d’onde de la lumière
Les chercheurs ont montré qu’il est possible de régler les longueurs d’onde de la lumière bloquées en injectant des ions lithium et des électrons dans l’hydrate d’oxyde de tungstène.
Lorsque des ions lithium et des électrons sont injectés dans le matériau hydraté, celui-ci passe d’abord dans une phase « bloquant la chaleur« , laissant passer les longueurs d’onde visibles de la lumière tout en bloquant la lumière infrarouge. Si davantage d’ions lithium et d’électrons sont injectés, le matériau passe ensuite dans une phase sombre, bloquant à la fois les longueurs d’onde visibles et infrarouges de la lumière.
En synthèse
La découverte d’un contrôle à double bande (infrarouge et visible) de la lumière dans un matériau unique déjà bien connu de la communauté des fenêtres intelligentes pourrait accélérer le développement de produits commerciaux aux fonctionnalités améliorées.
De plus, le rôle insoupçonné de l’eau structurelle dans la production de propriétés électrochimiques distinctives pourrait inspirer la communauté de recherche au-delà des développeurs de fenêtres intelligentes, conduisant à des innovations dans les matériaux de stockage et de conversion d’énergie.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’une fenêtre dynamique ?
Une fenêtre dynamique est une fenêtre dont l’opacité change en réponse à un stimulus électrique, permettant de contrôler la quantité de lumière et de chaleur qui pénètre dans un bâtiment.
Qu’est-ce que l’électrochromisme ?
L’électro-chromisme est un phénomène qui se produit lorsque l’opacité d’un matériau change en réponse à un stimulus électrique.
Quel est le rôle de l’eau dans les matériaux de fenêtres dynamiques ?
L’eau, lorsqu’elle est liée à la structure cristalline d’un oxyde de tungstène, permet au matériau de présenter un comportement inédit, offrant un contrôle plus précis des longueurs d’onde de la lumière bloquées.
Comment fonctionne le contrôle des longueurs d’onde de la lumière ?
En injectant des ions lithium et des électrons dans l’hydrate d’oxyde de tungstène, il est possible de régler les longueurs d’onde de la lumière bloquées, passant d’une phase bloquant la chaleur à une phase sombre.
Quelles sont les implications pour l’industrie des fenêtres intelligentes ?
Cette découverte pourrait accélérer le développement de produits commerciaux aux fonctionnalités améliorées et inspirer la recherche dans les matériaux de stockage et de conversion d’énergie.
“Dual-Band Electrochromism in Hydrous Tungsten Oxide”
Authors: Jenelle Fortunato, Noah P. Holzapfel, Matthew Chagnot, James B. Mitchell, and Veronica Augustyn, North Carolina State University; Benjamin Z. Zydlewski, Hsin-Che Lu, and Delia J. Milliron, University of Texas at Austin; Ming Lei and De-en Jiang, Vanderbilt University
Published: Sept. 1, ACS Photonics
DOI: 10.1021/acsphotonics.3c00921
