Окна составляют до 60% энергии, теряемой в зданиях. В жаркую погоду окна обогреваются снаружи, излучая тепловую энергию в здание. Когда на улице холодно, окна нагреваются изнутри и излучают тепло во внешнюю среду. Этот процесс называется радиационным охлаждением. Это означает, что окна неэффективны для поддержания тепла или прохлады в здании настолько, насколько это необходимо.

Можно ли разработать стекло, которое могло бы самостоятельно включать или выключать эффект радиационного охлаждения в зависимости от своей температуры? Ответ: да.

Закон Видемана-Франца гласит, что чем лучше электропроводность материала, тем лучше теплопроводность. Однако материал диоксида ванадия является исключением и не подчиняется этому закону.

Исследователи добавили на одну сторону стекла тонкий слой диоксида ванадия — соединения, которое превращается из изолятора в проводник при температуре около 68°C. Диоксид ванадия (VO2) представляет собой функциональный материал с типичными свойствами термоиндуцированного фазового перехода. Его морфологию можно преобразовать между изолятором и металлом. Он ведет себя как изолятор при комнатной температуре и как металлический проводник при температуре выше 68°C. Это связано с тем, что его атомная структура может трансформироваться из кристаллической структуры при комнатной температуре в металлическую структуру при температуре выше 68 ° C, причем переход происходит менее чем за 1 наносекунду, что является преимуществом для электронных приложений. Сопутствующие исследования заставили многих людей поверить в то, что диоксид ванадия может стать революционным материалом для будущей электронной промышленности.

Исследователи из швейцарского университета увеличили температуру фазового перехода диоксида ванадия до температуры выше 100°C, добавив в пленку диоксида ванадия германий, редкий металл. Они совершили прорыв в радиочастотных приложениях, впервые используя диоксид ванадия и технологию фазового переключения для создания сверхкомпактных перестраиваемых частотных фильтров. Этот новый тип фильтра особенно подходит для диапазона частот, используемого системами космической связи.

Кроме того, в процессе преобразования радикально изменятся физические свойства диоксида ванадия, такие как удельное сопротивление и коэффициент пропускания инфракрасного излучения. Однако во многих приложениях VO2 требуется, чтобы температура была близка к комнатной, например: умные окна, инфракрасные детекторы и т. д., а легирование может эффективно снизить температуру фазового перехода. Легирование вольфрамовым элементом в пленку VO2 может снизить температуру фазового перехода пленки примерно до комнатной температуры, поэтому легированный вольфрамом VO2 имеет широкие перспективы применения.

Инженеры Hongwu Nano обнаружили, что температуру фазового перехода диоксида ванадия можно регулировать путем легирования, напряжения, размера зерна и т. д. Легирующими элементами могут быть вольфрам, тантал, ниобий и германий. Легирование вольфрамом считается наиболее эффективным методом легирования и широко используется для регулирования температуры фазового перехода. Легирование 1% вольфрама позволяет снизить температуру фазового перехода пленок диоксида ванадия на 24 °C.

Технические характеристики чистого диоксида нанованадия и диоксида ванадия, легированного вольфрамом, которые наша компания может поставлять со склада, следующие:

1. Нанопорошок диоксида ванадия, нелегированный, чистая фаза, температура фазового перехода 68 ℃.

2. Диоксид ванадия, легированный 1% вольфрама (W1%-VO2), температура фазового перехода 43℃.

3. Диоксид ванадия, легированный 1,5% вольфрама (W1,5%-VO2), температура фазового перехода 32℃.

4. Диоксид ванадия, легированный 2% вольфрама (W2%-VO2), температура фазового перехода 25℃.

5. Диоксид ванадия, легированный 2% вольфрама (W2%-VO2), температура фазового перехода 20℃.

Заглядывая в ближайшее будущее, эти умные окна с диоксидом ванадия, легированным вольфрамом, можно будет устанавливать по всему миру и работать круглый год.