Des chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) du département américain de l'Énergie (DOE) ont dévoilé un matériau de revêtement de nanocristal semi-conducteur capable de contrôler la chaleur du soleil tout en restant transparent. A base de matériaux électrochromes, qui utilisent une décharge électrique pour teinter une vitre transparente, cette technologie révolutionnaire est la première à contrôler sélectivement la quantité de rayonnement proche infrarouge. Ce rayonnement, ce qui entraîne un échauffement, traverse le film sans affecter sa transmittance visible. Un tel système dynamique pourrait ajouter une dimension critique d'économie d'énergie aux revêtements « fenêtres intelligentes ».

« Avoir un matériau électrochrome transparent qui peut changer sa transmittance dans la partie infrarouge de la lumière du soleil est totalement sans précédent, " dit Delia Milliron, directeur de l'Inorganic Nanostructures Facility avec la Molecular Foundry de Berkeley Lab, qui a mené cette recherche. « De plus, l'efficacité de coloration de notre matériau - une figure de mérite décrivant la quantité de courant nécessaire pour faire fonctionner cette chose - est nettement supérieure à celle des matériaux électrochromes standard, ce qui signifie qu'il est également très efficace.

Les revêtements de fenêtres dynamiques pourraient se traduire par d'importantes économies d'énergie dans les bâtiments, qui représentent plus de 40 pour cent des émissions de carbone aux États-Unis. Selon des études menées au Laboratoire national des énergies renouvelables, Les revêtements intelligents pour fenêtres pourraient compenser l'utilisation de systèmes de climatisation et d'éclairage jusqu'à 49 % pour la climatisation et 51 % pour l'éclairage.

« Les fenêtres électrochromes traditionnelles ne peuvent pas contrôler de manière sélective la quantité de lumière visible et proche infrarouge qui se transmet à travers le film. Lorsqu'il est actionné, ces fenêtres peuvent soit bloquer les deux zones de lumière, soit les laisser entrer simultanément, ", dit Guillermo Garcia, un étudiant chercheur diplômé à la Fonderie. « Ce travail représente un tremplin vers la fenêtre intelligente idéale, qui serait capable de choisir sélectivement la région d'ensoleillement nécessaire pour optimiser la température à l'intérieur d'un bâtiment.

Pour générer ce nouveau revêtement, l'équipe a développé un film nanocristallin d'oxyde d'indium-étain dopé électriquement, un semi-conducteur transparent généralement utilisé comme revêtement conducteur pour les téléviseurs à écran plat. En manipulant les électrons dans ce film semi-conducteur, ils pourraient régler les oscillations collectives de ces électrons - un phénomène appelé plasmonique - dans la gamme de fréquences du proche infrarouge.

« Notre capacité à tirer parti des plasmons dans des semi-conducteurs dopés avec une réponse de commutation très sensible dans le proche infrarouge évoque également des applications dans les télécommunications, », ajoute Milliron. « Nous avons également introduit cette synthèse dans WANDA, notre robot nanocristal, ce qui signifie que nous serons en mesure de fournir des matériaux pour une grande variété de projets d'utilisateurs. "

« Ce travail élargit la polyvalence des appareils électrochromes, l'ouverture d'une variété de nouvelles applications dans le contrôle solaire et thermique, », déclare le co-auteur Thomas Richardson, membre du personnel scientifique de la division des technologies environnementales et énergétiques du Berkeley Lab. "Le mécanisme innovant avec une efficacité de coloration élevée offre l'espoir d'une amélioration des plages de commutation et d'une durabilité à long terme."

Garcia est l'auteur principal et Milliron l'auteur correspondant d'un article rapportant cette recherche dans la revue Lettres nano . L'article s'intitule "Modulation dynamique de la résonance plasmonique de surface des nanocristaux semi-conducteurs dopés". Milliron et Richardson étaient Raffaella Buonsanti, Evan Runnerström, Rueben Mendelsberg, Anna Llordes et André Anders.