Una nuova finestra sul vetro “intelligente”.

Dalla riparazione delle ossa alla realizzazione di superfici antibatteriche,Michael Allenparla con i ricercatori che producono vetro con funzionalità e prestazioni aggiuntive

Il vetro è onnipresente nella vita di tutti i giorni. Essendo altamente trasparente, stabile e durevole, è un materiale importante per una miriade di applicazioni, dalle semplici finestre ai touch screen dei nostri ultimi gadget fino ai componenti fotonici per sensori hi-tech.

I bicchieri più comuni sono realizzati in silice, calce e soda. Ma da secoli al vetro vengono aggiunti ingredienti aggiuntivi per conferire proprietà come colore e resistenza al calore. E i ricercatori stanno ancora lavorando sul vetro, cercando di dargli ulteriori funzionalità e migliorarne le prestazioni per compiti specifici, creando vetri sempre più hi-tech e quello che potremmo definire vetro “intelligente”.

I materiali intelligenti non sono facili da definire, ma in generale sono progettati per rispondere in modo specifico agli stimoli esterni. In termini di vetro, l'applicazione "intelligente" più ovvia è per le finestre, in particolare per il controllo della quantità di luce che passa attraverso il vetro. In questo modo possiamo aumentare l’efficienza energetica di qualsiasi edificio: riducendo il calore in estate, mantenendolo caldo nei climi più freddi.

Il colore o l’opacità di alcuni vetri intelligenti possono essere modificati applicando una tensione al materiale, alterando così alcune proprietà ottiche – come assorbimento e riflettanza – in modo reversibile. Tali finestre intelligenti “elettrocromiche” possono controllare la trasmittanza di determinate frequenze della luce, come quella ultravioletta o infrarossa, su richiesta, o addirittura bloccarle del tutto. L'applicazione di questa tecnologia è popolare non solo negli edifici, ma anche nei display elettronici e nei finestrini oscurati delle auto.

In effetti, le finestre elettrocromiche sono all’avanguardia rispetto ad altre tecnologie in questo campo e sono già state commercializzate. Ma nonostante funzionino bene, presentano alcuni evidenti svantaggi. Sono piuttosto complessi e costosi e il loro adeguamento su edifici più vecchi richiede generalmente l’installazione di nuove finestre, infissi e collegamenti elettrici. Inoltre non sono automatici: è necessario accenderli e spegnerli.

Per risolvere alcuni di questi problemi, i ricercatori hanno lavorato su finestre termocromiche, che vengono attivate dai cambiamenti di temperatura anziché dalla tensione. Una grande attrazione è che sono passivi: una volta installati, le loro proprietà cambiano con la temperatura ambiente, senza bisogno di intervento umano. Il metodo dominante per creare tali finestre termocromiche è applicare un rivestimento di biossido di vanadio al vetro (Joule 10.1016/j.joule.2018.06.018), ma possono essere utilizzati anche altri materiali come le perovskiti (J. App. Energy254 113690). Questi materiali subiscono una transizione di fase, diventando più o meno trasparenti al variare della temperatura, un effetto che può essere regolato in base alle diverse condizioni.

Sebbene il biossido di vanadio sia molto promettente per le finestre intelligenti, ci sono ostacoli da superare. A causa del suo forte assorbimento, il biossido di vanadio produce una sgradevole tinta giallo-brunastra e sono necessari ulteriori studi sulla stabilità ambientale (Adv. Manuf.6 1). Una recente analisi suggerisce inoltre che, sebbene queste tecnologie possano fornire significativi risparmi energetici, sono necessarie ulteriori ricerche sul loro utilizzo e sul loro impatto nel mondo reale. Ad esempio, è stato riscontrato che la prestazione energetica delle finestre termocromatiche varia molto tra le diverse città che utilizzano lo stesso tipo di pellicola, ma molto meno tra i diversi tipi di pellicola utilizzati nella stessa città (J. App. Energy255113522).

Ma il vetro hi-tech non si limita alle finestre intelligenti. I ricercatori hanno scoperto che se si aggiungono metalli più insoliti al vetro, si può contribuire a proteggere i pannelli solari e renderli più efficienti (vedi riquadro: Migliorare il vetro di copertura fotovoltaico). Il vetro bioattivo, nel frattempo, può aiutarci a far ricrescere ossa e altri tessuti (vedi riquadro: Fissazione di ossa e altri tessuti), mentre nuovi processi di incisione potrebbero permetterci di aggiungere molteplici funzioni al vetro senza la necessità di rivestimenti superficiali (vedi riquadro: Antiriflesso , autopulente e antibatterico). E sebbene non siano i tradizionali vetri ottici, i nuovi materiali a cambiamento di fase potrebbero aiutare a creare sistemi ottici più leggeri e compatti (vedi riquadro: Controllo non meccanico della luce). Infine, il vetro potrebbe un giorno riuscire addirittura a guarire se stesso (vedi riquadro: Vetro immortale).