Unsichtbarer Vorhang: Schlaues Nanoglas soll Energie sparen

Von Peter Gotzner

Sicht durch schaltbares Glas: Infrarotes Licht blockieren Zur Großansicht
Anna Llordés / Lawrence Berkeley National Lab

Sicht durch schaltbares Glas: Infrarotes Licht blockieren

Häuser kühl halten, Räume abdunkeln, den Energieverbrauch senken: Ein unsichtbarer Vorhang aus Nanokristallen in Glasscheiben kann auf Knopfdruck Strahlung blockieren. Bis der Wunderstoff in Fenstern verbaut werden kann, müssen Forscher aber noch viele Probleme lösen.

Hamburg - Räume kühl und gleichzeitig hell zu halten, kostet doppelt Energie: Um im Sommer das Aufheizen von Zimmern zu verhindern und Klimaanlagen zu schonen, müssen Fenster mit Rollos oder Vorhängen abgedunkelt werden. Sind die Räume allerdings dunkel, kommt oft künstliches Licht ins Spiel, um noch in ihnen arbeiten zu können. Und Lichtquellen benötigen wieder Strom.

Eine mögliche Lösung, wie sich große Energiemengen einsparen ließen, haben amerikanische Materialwissenschaftler gefunden. Wie Forscher um die Chemikerin Anna Llordés vom Lawrence Berkeley National Laboratory im Fachmagazin "Nature" zeigten, kann ein mit Nanokristallen behandeltes Glas mit einer neuen Methode drei beliebig wechselbare Schaltzustände annehmen.

Der erste lässt den Großteil des Lichtes durch. Im zweiten Zustand wird nur die Infrarotstrahlung blockiert, das sichtbare Licht wird nicht behindert. Wärme bleibt draußen, Klimaanlagen müssten weniger arbeiten. In der dritten Einstellung wird auch das sichtbare Licht blockiert - und Räume blieben nicht nur kühl, sondern werden zudem dunkel.

Die Scheiben lassen sich durch stromempfindliche Metalloxide abdunkeln, dafür muss lediglich die angelegte Spannung verändert werden. Andere Teile des Lichtspektrums lässt das Glas gleich außen vor. "Unsere Kristalle blockieren auch UV-Licht in allen Schaltzuständen", sagt Studienleiterin und Chemikerin Delia Milliron.

Für das neuartige Material mischten die Wissenschaftler Nanokristalle aus einem mit Zinn versetzten Indiumoxid (ITO) und Oxide des Metalls Niob. "Die Kristalle und Verbindungen haben wir in einer wässrigen Lösung kombiniert. Die brachten wir auf Glas auf, das mit einer leitenden Schicht versehen ist", erklärt Milliron den Herstellungsprozess. "Anschließend erhitzten wir es. Dabei veränderten und gruppierten sich die Kristalle und Niobverbindungen."

Unklare Energiebilanz

Überraschenderweise sind die Eigenschaften des Glases mit den kombinierten Materialien sogar besser, als die Leistungen der verwendeten Stoffe erwarten ließ. Die Wissenschaftler führen das auf die Nanostrukturen zurück und den verbesserten Ladungsaustauch in dem Materialmix. So stellte sich in den Versuchen heraus, dass die Nioboxide im Verbundmaterial etwa fünfmal so gut abdunkelten, wie bei der Einzelanwendung.

Mit der noch am Anfang stehenden Entwicklung ließen sich künftig die Licht- und Wärmeverhältnisse in Gebäuden getrennt voneinander steuern. Smarte Fenster wären denkbar, die je nach Einstellung ihre Transparenz ändern. Heiz-, Beleuchtungs- oder auch Kühlenergie ließe sich sparen.

Bis allerdings das Glas in Fenstern verbaut werden kann, müssen die Forscher viele Probleme lösen. Sie benutzen derzeit Elektroden aus Lithium, einem leicht brennbaren und reaktiven Metall, das aus Sicherheitsgründen ersetzt werden müsste. Auch muss sich zeigen, dass die Glaseigenschaften über einen langen Zeitraum stabil sind. Bisher bewies das Material sich erst in rund 2.000 Schaltvorgängen in den Versuchen als sehr zuverlässig.

Zudem ist noch unklar, wie die Energiebilanz der Produktion aussieht. Die Fenster sind aufwendiger herzustellen als gewöhnliche, jedoch müssen die zusätzlichen Kosten von den Energieeinsparungen aufgewogen werden, damit sich ihr Einsatz lohnt. "Idealerweise sollten die Fenster auch keine ständige Stromzufuhr benötigen, um transparent oder lichtundurchlässig zu bleiben", schreibt Nanoforscher Brian Korgel in einer Bewertung in "Nature". Das ist aber noch zu klären.

"Es ist zu früh, um die Anwendbarkeit abzuschätzen. Viel Entwicklung ist noch nötig, um die Leistung zu steigern, aber auch Prototypen zu bauen und unseren Fertigungsprozess hochzuskalieren", erklärt Delia Milliron. Bis dahin bleibt das Zuziehen der Vorhänge der effektivste Weg, das Büro vor der Sommersonne zu schützen.

Dem Autor auf Twitter folgen:

Diesen Artikel...
Aus Datenschutzgründen wird Ihre IP-Adresse nur dann gespeichert, wenn Sie angemeldeter und eingeloggter Facebook-Nutzer sind. Wenn Sie mehr zum Thema Datenschutz wissen wollen, klicken Sie auf das i.

Auf anderen Social Networks teilen

  • Xing
  • LinkedIn
  • Tumblr
  • studiVZ meinVZ schülerVZ
  • deli.cio.us
  • Digg
  • reddit
Forum - Diskutieren Sie über diesen Artikel
insgesamt 50 Beiträge
Alle Kommentare öffnen
    Seite 1    
1. Hatte ich schon vor 30 Jahren in einer Brille,
Stauss2 19.08.2013
die sich von selbst verdunkelte. Immer wieder ein Spass, wenn die Schlagschatten von im Licht liegenden Gegenständen in dem verdunkelten Glas freiblieben.
2. Nano ist das neue Asbest
Der Emigrant 19.08.2013
Bis das aber von den Herstellern zugegeben wird, werden Jahrzehnte vergehen und unzählige Menschen werden geschädigt sein.
3. und ...
Hilfskraft 19.08.2013
Zitat von sysopHäuser kühl halten, Räume abdunkeln, den Energieverbrauch senken: Ein unsichtbarer Vorhang aus Nanokristallen in Glasscheiben kann auf Knopfdruck Strahlung blockieren. Bis der Wunderstoff in Fenstern verbaut werden kann, müssen Forscher aber noch viele Probleme lösen. Nanokristalle: Glas blockiert selektiv infrarotes Licht - SPIEGEL ONLINE (http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/nanokristalle-glas-blockiert-selektiv-infrarotes-licht-a-916278.html)
... die Bewohner abhören und beobachten ... ?
4. Unglaublch wuchtig
spiegelleser_12345 19.08.2013
Zitat von sysopHäuser kühl halten, Räume abdunkeln, den Energieverbrauch senken: Ein unsichtbarer Vorhang aus Nanokristallen in Glasscheiben kann auf Knopfdruck Strahlung blockieren. Bis der Wunderstoff in Fenstern verbaut werden kann, müssen Forscher aber noch viele Probleme lösen.
Wunderschöner Spielkram, mit dem man es schafft, selbst Glas zu Sondermüll zu machen. Ich habe vor meinen Fenstern Fensterladen. Die kann ich zu machen oder öffnen. Toll, nicht wahr? Und die wurden vor ca. 300 Jahren einmal aus Holz hergestellt und funktionieren immer noch. Aber der Vorschritt ist unaufhaltsam.
5. Das ist in der Tat ein interessantes Ergebnis.
ratxi 19.08.2013
Zitat von sysopHäuser kühl halten, Räume abdunkeln, den Energieverbrauch senken: Ein unsichtbarer Vorhang aus Nanokristallen in Glasscheiben kann auf Knopfdruck Strahlung blockieren. Bis der Wunderstoff in Fenstern verbaut werden kann, müssen Forscher aber noch viele Probleme lösen. Nanokristalle: Glas blockiert selektiv infrarotes Licht - SPIEGEL ONLINE (http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/nanokristalle-glas-blockiert-selektiv-infrarotes-licht-a-916278.html)
Das ist in der Tat ein interessantes Ergebnis. Wer weiss, vielleicht gibt es tatsächlich noch irgendwann den Durchbruch, dass dieses Prinzip hoch wirksam, dauerhaft und bezahlbar eingesetzt werden kann.
Alle Kommentare öffnen
    Seite 1    
News verfolgen

HilfeLassen Sie sich mit kostenlosen Diensten auf dem Laufenden halten:

alles aus der Rubrik Wissenschaft
Twitter | RSS
alles aus der Rubrik Technik
RSS
alles zum Thema Nanotechnologie
RSS

© SPIEGEL ONLINE 2013
Alle Rechte vorbehalten
Vervielfältigung nur mit Genehmigung der SPIEGELnet GmbH

SPIEGEL ONLINE Schließen


  • Drucken Versenden
  • Nutzungsrechte Feedback
  • Kommentieren | 50 Kommentare
  • Zur Startseite