Jedním z významných
témat konference, která se konala od 4. do 6. prosince v plzeňském hotelu Angelo, byla
problematika termochromických povlaků na skle. Ty dokáží samovolně řídit
průchod tepelného slunečního záření v závislosti na teplotě. Technologie výroby
takových chytrých oken zatím neexistuje. Změnit by se to mohlo i díky
výzkumníkům z NTIS, kteří pracují na odstranění několika problémů.
Jak
vyrobit povlak na skle, který bude v závislosti na teplotě řídit průchod
tepelného slunečního záření, je téma, kterým se zabývá mnoho výzkumných týmů po
celém světě. Termochromický efekt, na němž jsou budoucí chytrá okna založena,
je znám už od roku 1959. Zajišťuje ho jeden typ kysličníku vanadičitého (VO2)
se specifickou strukturou. „Kysličník
vanadičitý je termochromický materiál,
který při teplotě 68 °C změní své vlastnosti. Pod úrovní této teploty se
chová jako polovodič s vysokou propustností infračerveného, tedy tepelného,
slunečního záření a nad úrovní 68 °C se chová jako kov, který tepelné záření
odráží,“ vysvětluje princip profesor Jaroslav Vlček z výzkumného
centra NTIS. ?
„Tento jev radikálně promění využívání klimatizace
v budovách i v autech,“ upozorňuje Vlček. Technologie výroby chytrých oken
s kysličníkem vanadičitým má však řadu úskalí. Z hlediska průmyslu je
zásadním problémem příliš vysoká teplota (400 – 450 °C), při které se požadovaný
typ termochromického VO2 obvykle připravuje, a tedy vysoká
energetická a finanční náročnost příliš komplikované technologie. Navíc by
při takto vysokých teplotách nebylo možné využívat pro výrobu chytrých oken
klasické sodnovápenaté sklo, protože u něj dochází při teplotách nad 300 °C
k difuzi sodíku do povlaku, což je nežádoucí efekt. Muselo by se proto
využívat sklo jiného složení, které by však výrobu opět prodražilo.
Plzeňští
vědci našli řešení. Vyvinuli novou plazmovou technologii pro přípravu
termochromických vrstev VO2 při teplotách nižších než 300 °C, a
to na klasickém sodnovápenatém skle. Jedná se o reaktivní naprašování vrstev VO2
z vanadového terče ve směsi argonu a kyslíku v magnetickém poli
v hustém pulzujícím výbojovém plazmatu za nízkých tlaků, což je
technologie kompatibilní s průmyslovými zařízeními. „Naše metoda, využívající husté pulzující výbojové plazma, je založena
na tom, že energii nutnou pro vznik požadované struktury termochromické vrstvy dodávají
urychlené nabité částice vanadu, ale i argonu a kyslíku z výboje. Proto
může být teplota nižší,“ doplňuje Jaroslav Vlček. Výboj je udržován použitím
metody a zařízení pro vytváření nevodivých vrstev, které vědci ze ZČU
patentovali v roce 2015 v EU, v roce 2016 v Číně a v roce
2017 v USA.
Teplota
přípravy vrstev není však jedinou překážkou průmyslového využití. Velkým
problémem je i poměrně vysoká teplota, při níž nastane kýžený efekt, kdy se
okna pro infračervené sluneční záření „uzavřou“. „V současné době dokážeme tohoto jevu dosáhnout už při 40 °C.
Chtěli bychom ale dojít až ke 25 – 30 °C,“
říká Jaroslav Vlček. Současně vědci pracují i na zvýšení propustnosti
viditelného spektra slunečního záření a také na přijatelném zabarvení skel.
Oxid vanadičitý totiž způsobuje jejich nevzhledné zažloutnutí.
„Věřím, že jsme na dobré cestě, abychom nedostatky termochromických
vrstev překonali, a to přípravou povlaku tvořeného více různými tenkými
vrstvami, které budou zajišťovat požadované vlastnosti. Aktivní vrstva bude na
bázi VO2,“ popisuje Jaroslav Vlček a upozorňuje, že plzeňský tým výzkumného centra
NTIS pravděpodobně jako jediný řeší všechny problémy přípravy vrstev VO2
souběžně. Má tak možná k chytrým oknům nejblíže. Je jisté, že pokud se vše
podaří, bude mít řešení plzeňských fyziků podobu tenké multivrstvy zajišťující
požadované vlastnosti chytrých oken.