Les chercheurs ont développé une nouvelle technologie de film optique intelligent facile à utiliser qui permet aux dispositifs de fenêtre intelligente de basculer de manière autonome entre les états transparent et opaque en réponse aux conditions lumineuses environnantes.

Le film nanocomposite hybride 3-D proposé avec une structure de réseau hautement périodique a démontré empiriquement sa vitesse et ses performances élevées, permettant à la fenêtre intelligente de quantifier et d'autoréguler sa transmittance optique à contraste élevé. Comme preuve de concept, un dispositif de fenêtre intelligente compatible avec les applications mobiles pour les applications de l'Internet des objets (IoT) a été réalisé à l'aide du film optique intelligent proposé avec une expansion réussie à l'échelle de 3 pouces sur 3 pouces. Cette technologie économe en énergie et rentable est très prometteuse pour une utilisation future dans diverses applications nécessitant une modulation de transmission optique active.

Technologies de modulation de transmission optique flexibles pour les applications intelligentes, y compris les fenêtres de protection de la vie privée, bâtiments zéro énergie, et les écrans de projection à faisceau ont été à l'honneur ces dernières années. Les technologies conventionnelles qui utilisaient des stimuli externes tels que l'électricité, Chauffer, ou la lumière pour moduler la transmission optique n'avaient que des applications limitées en raison de leurs vitesses de réponse lentes, changement de couleur inutile, et une faible durabilité, stabilité, et la sécurité.

Le contraste de modulation de transmission optique obtenu en contrôlant les interfaces de diffusion de la lumière sur des structures de surface 2-D non périodiques qui ont souvent une faible densité optique telles que des fissures, les rides, et piliers est également généralement faible. En outre, puisque les interfaces de diffusion de la lumière sont exposées et ne sont soumises à aucune passivation, ils peuvent être vulnérables aux dommages externes et peuvent perdre les fonctions de modulation de transmission optique. Par ailleurs, les interfaces de diffusion dans le plan qui existent de manière aléatoire sur la surface rendent difficile la modulation de grande surface avec uniformité.

Inspiré par ces limites, une équipe de recherche KAIST dirigée par le professeur Seokwoo Jeon du Département de science et d'ingénierie des matériaux et le professeur Jung-Wuk Hong du Département de génie civil et environnemental a utilisé la technologie de nanostructuration à champ de proximité (PnP) qui produit efficacement des nanostructures hybrides 3D hautement périodiques, et une technique de dépôt de couche atomique (ALD) qui permet le contrôle précis du dépôt d'oxyde et la fabrication de haute qualité de dispositifs semi-conducteurs.

L'équipe a ensuite réussi à produire un film optique intelligent à grande échelle d'une taille de 3 pouces sur 3 dans lequel des nanocoquilles d'alumine ultrafines sont insérées entre les élastomères dans un nanoréseau 3D périodique.

Ce film nanocomposite hybride 3-D "mécano-réactif" avec une structure de réseau hautement périodique est le plus grand film de modulation de transmission optique intelligent qui existe. Il a été démontré que le film a une modulation de transmission optique de pointe allant jusqu'à 74 % aux longueurs d'onde visibles de 90 % de transmission initiale à 16 % dans l'état de diffusion sous contrainte. Sa durabilité et sa stabilité ont été prouvées par plus de 10, 000 tests de fortes déformations mécaniques dont l'étirement, libération, pliant, et étant placé sous des températures élevées allant jusqu'à 70°C. Quand ce film a été utilisé, la transmittance du dispositif de fenêtre intelligente a été ajustée rapidement et automatiquement en une seconde en réponse aux conditions lumineuses environnantes.

A travers ces expériences, la physique sous-jacente des phénomènes de diffusion optique se produisant dans les interfaces hétérogènes a été identifiée. Leurs conclusions ont été rapportées dans l'édition en ligne de Sciences avancées le 26 avril. Le groupe du professeur Jong-Hwa Shin de KAIST et le professeur Young-Seok Shim de l'université de Silla ont également collaboré à ce projet.

Donghwi Cho, un doctorat candidat en science et ingénierie des matériaux au KAIST et co-auteur principal de l'étude, mentionné, "Notre technologie de film optique intelligent peut mieux contrôler la transmission optique à contraste élevé grâce à des principes de fonctionnement relativement simples et avec une faible consommation d'énergie et des coûts."

« Lorsque cette technologie est appliquée en fixant simplement le film sur une surface vitrée intelligente conventionnelle sans remplacer le système de fenêtre existant, une commutation rapide et une teinte uniforme sont possibles tout en garantissant la durabilité, stabilité, et la sécurité. En outre, sa large gamme d'applications pour les dispositifs étirables ou enroulables tels que les écrans de type mural pour un écran de projection de faisceau répondra également aux besoins esthétiques, " il ajouta.