בלי חשמל ובלי פשרות: הפיתוח הישראלי שיחליף את הוילונות והמזגנים

המהפכה השקופה: טכנולוגיה חדשנית שפותחה באוניברסיטת בן-גוריון בנגב מבשרת על דור חדש של חלונות חכמים המסוגלים לשנות את דרגת השקיפות שלהם ולשמור על המצב הנבחר לאורך זמן ללא צורך בהזנה חשמלית רציפה.

הפיתוח, שנרשם כפטנט ופורסם בכתב העת Nanoscale Advances, מתבסס על מבנים זעירים המכונים ננו-סלילים מולקולריים אשר מייצרים יציבות אופטית חסרת תקדים. חלונות אלו נחשבים לכלי מבטיח במיוחד בתחום הבנייה הירוקה, שכן הם מאפשרים ויסות של חדירת אור וחום למבנים בצורה יעילה בהרבה מהפתרונות הקיימים כיום בשוק.

הסוד המולקולרי שמאחורי הננו-סלילים

החוקרים במעבדת התקני גבישים נוזליים וננופוטוניקה, בהובלת פרופ' אברהים עבדולחלים והדוקטורנטית ניבין חוסיין, הצליחו לייצר מבנה הנדסי ייחודי של גביש נוזלי. החידוש טמון ביכולת לדחוס את המבנה הלולייני הטבעי של הגבישים לאורך פסיעה של כ-100 ננומטר בלבד (אורך הקצר פי עשרה ממה שהיה נהוג עד כה במערכות דומות). במצב זה, המולקולות מתארגנות מחדש במעין ננו-סלילים קשיחים בעלי חמישה עד עשרה סיבובים בלבד, המגיבים בדיוק רב לשינויים בתדר החשמלי.

המעבר בין מצבי השקיפות מתבצע באמצעות פולס חשמלי קצרצר. כאשר מופעל תדר נמוך של 20 הרץ, המבנה הסלילי מתפזר למיקרו-אזורים זעירים המפזרים את האור ויוצרים מראה אטום. לעומת זאת, הפעלת תדר גבוה של 1 קילו-הרץ מיישרת את הננו-סלילים בניצב למצע ומחזירה את החלון למצב שקוף לחלוטין. מרגע שהושג המצב המבוקש, ההתקן נשאר יציב גם לאחר ניתוק מוחלט של זרם החשמל.

שילוב חכם של שליטה באור וויסות תרמי

החלון החדשני הוא התקן היברידי המשלב את שכבת הגביש הנוזלי עם שכבה של תחמוצת ונדיום בעלת מבנה ננומטרי. חומר חכם זה מסוגל לווסת את מעבר החום המגיע מקרינת השמש באופן פסיבי. הוא חוסם מעבר חום עודף בקיץ ומאפשר חדירת אנרגיה אינפרא-אדומה בחורף. השילוב בין השליטה בפרטיות לבין ניהול המעבר התרמי תורם משמעותית להפחתת צריכת האנרגיה הנדרשת לחימום וקירור של מבנים.

"היכולת לשלב זיכרון אופטי ארוך טווח ללא צריכת חשמל עם ויסות תרמי פסיבי פותחת כיוון חדש בתחום החלונות החכמים", הסביר פרופ' עבדולחלים והוסיף כי הם מאמינים שטכנולוגיה זו יכולה לתרום לפיתוח מבנים יעילים יותר מבחינה אנרגטית ולשפר את השליטה באור, בפרטיות ובנוחות התרמית של חללי מגורים, רכבים ועבודה.

בבדיקות מעבדה הציג הרכיב עמידות יוצאת דופן, כאשר המצב הנבחר נשמר ללא שינוי במשך 96 שעות רצופות, והציג יציבות כמעט מלאה גם לאחר 30 ו-90 ימים. מדובר בשיפור דרמטי לעומת טכנולוגיות קודמות שנטו להתדרדר תוך שעות בודדות. בזכות זמן תגובה מהיר וניגודיות אופטית גבוהה, הטכנולוגיה מתאימה גם ליישומים כמו צגים מחיקים, נייר אלקטרוני ושלטי מידע ירוקים.

רן מלמד, סמנכ"ל עסקי בחברת BGN Technologies, ציין כי הם מחפשים טכנולוגיות שלא רק מייצרות פריצת דרך מדעית אלא גם יכולות להגיע לשוק וליצור שינוי אמיתי. לדבריו, נראה שיש פוטנציאל נרחב לשיתופי פעולה עסקיים שיבקשו ליהנות מהטכנולוגיה הייחודית ומהדרכים ליישומה. המחקר זכה לתמיכת משרד האנרגיה, המים והתשתיות, והוא מהווה צעד משמעותי לקראת עתיד של בנייה בת-קיימא וחכמה יותר.