تنظیم نور با پنجره های هوشمند

|
۰ دیدگاه
milliron_image2

اگر تا به حال در یک بالون دمیده باشید و یا یک جفت جوراب شلواری را کشیده باشید، متوجه شده اید که بیشتر مواد در حالت ارتجاعی، شفاف تر می شوند. این مشاهده نتیجه ای ساده دارد؛ از طریق یک ماده نازک تر، نور بیشتری می درخشد.

به گزارش کلیک، در حال حاضر دانشمندان MIT نظریه ای برای پیش بینی اینکه دقیقا چه مقدار نور از طریق یک ماده با توجه به ضخامت و درجه کشش آن منتقل می شود، ارائه کرده اند. بر طبق این نظریه، آنها به دقت شفافیت در حال تغییر در یک ساختار پلیمری لاستیک مانند را هنگامی که مانند یک فنر کشیده شد و مثل یک بادکنک باد شد، پیش بینی کردند.

فرانسیسکو لوپز جیمنز، فوق دکتری در دپارتمان مهندسی عمران و محیط زیست MIT، می گوید: ساختار پلیمر تجربی محققان و درک پیش بینی آنها ممکن است در طراحی مواد ارزان تر برای پنجره های هوشمند مفید باشد – سطوحی که به طور خودکار مقدار ورودی نور را تنظیم می کنند.

لوپز جیمنز می گوید: برای ساختمان ها و پنجره هایی که به طور خودکار به نور واکنش نشان می دهند، لازم نیست به همان اندازه گرمایش و تهویه مطبوع صرف شود. مشکل این است که تولید این مواد برای هر پنجره در یک ساختمان بیش از حد گران است، ایده ما یافتن یک راه ساده تر و ارزان تر برای عبور نور بیشتر یا کمتر، با یک ماده بسیار ساده است: یک پلیمر شفاف که به راحتی در دسترس است.

لوپز جیمنز پوشش سطوح پنجره با لایه های مختلف ساختار های پلیمری را پیش بینی کرد. او می گوید طراحان می توانند از معادله این گروه برای تعیین مقدار نیرو برای اعمال به یک لایه پلیمر برای تنظیم موثر میزان نور ورودی بهره گیرند.

تیم تحقیقاتی که شامل لوپز جیمنز، پدرو ریس، گیلبرت دبلیو وینسلو دانشیار مهندسی عمران و محیط زیست و مهندسی مکانیک و شاونموگام کومار از موسسه علم و فناوری در ابوظبی بود، نتایج خود را این هفته در مجله مواد پیشرفته نوری منتشر کرد.

توده دیسک پلیمری

در حال حاضر کار روی یک پروژه مرتبط توسط ریس، لوپز جیمنز، و کومار، که در آن خواص انتقال نوری از یک بلوک ساده ی PDMS (پلیمر شفاف کشسان که به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد ) بررسی می شود، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. بلوک پلیمری شامل تعدادی مناطق تاریک بود و تیم به دنبال مشاهده نحوه تغییر شکل بلوک بود که عبور نور از طریق مواد را تغییر می دهد.

لوپز جیمنز می گوید: این یک رویداد خوشایند بود. ما فقط با مواد بازی می کردیم و مشتاق شدیم تا بدانیم چگونه می توانیم این موضوع را پیش بینی کنیم و میزان درست را بدست آوریم.

محققان یک نوع کامپوزیت رنگ نرم ماده ای که رنگ و شفافیت را در پاسخ به محرک خارجی مانند نیروی الکتریکی، شیمیایی، و یا مکانیکی تغییر می دهد را ساختند. رایس و لوپز جیمنز یک ورق نازک، توده مستطیل شکل از ورق های شفاف PDMS ، مخلوط با یک محلول سیاه، ذرات رنگی در اندازه میکرون، که ممکن است به راحتی کشیده شوند، و یا تغییر شکل مکانیکی یابند را ایجاد کردند. در شرایط عدم تغییر شکل، ساختار مات به نظر می رسد. هنگامی که کشیده یا متورم شد، مواد نور بیشتری را عبور می دهند.

در آزمایش های اولیه، محققان نور را به ساختار پلیمری با ذرات رنگ تزریق کردند و مقدار نور انتقالی از طریق مواد را بدون هیچ گونه تغییر شکلی مشخص کردند. آنها سپس پلیمر را به صورت عمود بر جهت نور کشیدند و ضخامت پلیمر و نور عبوری را اندازه گیری کردند.

یک نظریه در مورد نور

آنها اندازه گیری های خود را با پیش بینی معادله شان با استفاده از قانون بیر-لامبرت مقایسه کردند که یک یک نظریه اپتیک کلاسیک  است که عبور نور از طریق یک ماده را با خواص داده شده توصیف می کند. تیم این نظریه را با تجزیه و تحلیل تجربی خود ترکیب کرد و یک معادله ساده برای پیش بینی مقدار نور عبوری از طریق یک ساختار PDMS مکانیکی تغییر شکل یافته تعبیه کرد.

رایس و لوپز جیمنز به منظور بررسی معادله، یک مجموعه آزمایش انجام دادند، که در آن ساختار PDMS به یک دیسک متصل شد، پس از آن هنگامی که نور را از زیر تاباندند، مواد مانند یک بادکنک باد شدند. آنها مقدار نور عبوری را اندازه گیری کردند و دریافتند هنگامی که مواد کشیده و نازک شدند نور بیشتری را عبور دادند، دقیقا به همان شدتی که توسط معادله شان پیش بینی شده بود.

لوپز جیمنز می گوید: “ما می توانیم تکامل نور را هنگامی که آن را می کشیم، پیش بینی و مشخص کنیم. اگر خواص مواد اولیه را داشته باشیم و شدت نور ورودی را اندازه گیری کنیم، ما می دانیم که دقیقا چه مقدار نور با تغییر شکل عبور می کند.”

او می افزاید که در آینده، امیدوار است از معادله برای کمک به تنظیم شفافیت و عبور نور از مواد با سطوح پیچیده تر و بافت استفاده کند.

ریس می گوید: کائوچو و کامپوزیت ها فرصت های هیجان انگیزی برای ارائه مواد با خواص نوری قابل تغییر و موزون ارائه می کنند. استفاده از این نسبتا ساده بوده اما هر دو مکانیسم قوی و قابل پیش بینی یک چالش هیجان انگیز برای برنامه های مهندسی بتن مانند کنترل نور در فضای بسته از طریق پنجره های هوشمند هستند.

منبع: ScienceDaily

0 پسندیده شده
پژوهشگر، استاد راهنما و مشاور، مدیر گروه پژوهشی سیمیا علاقمند به علوم حوزه پزشکی،روانشناسی، رباتیک، نجوم، محیط زیست و فناوری
از این نویسنده

بدون دیدگاه

جهت ارسال پیام و دیدگاه خود از طریق فرم زیر اقدام و موارد زیر را رعایت نمایید:
  • پر کردن موارد الزامی که با ستاره قرمز مشخص شده است اجباری است.
  • در صورتی که سوالی را در بخش دیدگاه مطرح کرده باشید در اولین فرصت به آن پاسخ داده خواهد شد.