Исследователи разработали инновационный метод для значительного улучшения оптических характеристик диоксида ванадия – уникального материала, меняющего прозрачность под действием температуры. Нанесение лазером нанорешеток на его поверхность привело к повышению прозрачности в видимом спектре, появлению чувствительности к поляризации света и сохранению температурной реакции. Это открывает путь к созданию эффективных "умных" окон, самостоятельно регулирующих световой и тепловой поток, а также высокоточных температурных датчиков.
Диоксид ванадия: потенциал и вызовы
Диоксид ванадия считается перспективной основой для "умных" окон, адаптирующих прозрачность к температуре окружающей среды. Такие окна способны пассивно регулировать освещенность и микроклимат в помещении. Однако его практическое применение сдерживает недостаточная прозрачность в видимой области, придающая материалу нежелательный желто-зеленый оттенок. Устранение этого недостатка – ключевая задача для ученых.
Международное решение: лазерные нанорешетки
Команда специалистов из Института автоматики и процессов управления ДВО РАН (Владивосток), Дальневосточного федерального университета (Владивосток) и Харбинского политехнического университета (Китай) предложила наносить на поверхность диоксида ванадия микроскопические решетки. Эти структуры, невидимые глазу, состоят из чередующихся гребней и впадин с шагом около 100 нанометров – что значительно меньше длины волны видимого света.
Прецизионная лазерная обработка
Ученые использовали сверхкороткие лазерные импульсы для формирования упорядоченных наноструктур на поверхности материала. Важно, что параметры создаваемого "узора" – частоту, глубину линий – можно гибко настраивать, изменяя мощность, поляризацию и частоту лазерного излучения.
Значительное улучшение свойств
Тестирование показало впечатляющие результаты: лазерная обработка резко повысила прозрачность материала в видимом диапазоне. При 30°С он пропускал 82% света. Критически, кристаллическая структура и термохромные свойства (способность менять прозрачность при нагреве/охлаждении) остались неизменными. При нагреве до 100°С прозрачность падала, особенно сильно (до 70%) в ближнем ИК-диапазоне, ответственном за нагрев. Это позволит окнам эффективно предотвращать перегрев помещений.
Новая чувствительность к поляризации
Дополнительным бонусом стала сильная зависимость прозрачности материала от поляризации падающего света. Экспериментально подтверждено, что варьируя поляризацию, можно управлять прозрачностью образца с амплитудой до 50%, открывая новые возможности для управления светом.
Перспективы технологии
«Наша технология лазерной печати делает диоксид ванадия прозрачным, сохраняя его терморегулирующие свойства. Более того, она добавила материалу управляемость через поляризацию света. Это прорыв не только для "умных" окон, но и для разработки высокочувствительных температурных датчиков и защитных экранов, оберегающих зрение людей и дорогое оптическое оборудование от мощного лазерного излучения на производствах», — подчеркивает руководитель проекта, к.ф.-м.н. Дмитрий Павлов из Института автоматики и процессов управления ДВО РАН.
Источник: indicator.ru
