ผ้าม่านไม่ต้อง! กระจกปรับแสงได้ตามสั่ง

แม้กระจกตามอาคารจะให้แสงสว่างตามธรรมชาติ แต่ก็ส่งผ่านความร้อนเข้ามาและกักความร้อนไว้ในอาคาร การใช้ผ้าม่านจึงกลายเป็นทางออก แต่นักวิจัยกำลังพัฒนากระจกที่สามารถปรับสีได้ราวกิ้งก่า ซึ่งจะสามารถปรับเปลี่ยนคลื่นแสงได้ตามต้องการ ทำให้ประสิทธิภาพของการใช้พลังงานในอาคารดีขึ้น

กระจกดังกล่าวเป็นสิ่งประดิษฐ์จากทีมนักวิทยาศาสตร์ห้องปฏิบัติการลอว์เรนซ์เบิร์กลีย์สหรัฐ (Lawrence Berkeley National Laboratory: LBNL) ในแคลิฟอร์เนีย และมหาวิทยาลัยเอกชนบาร์เซโลนา (Autonomous University of Barcelona) สเปน

กระจกปรับแสงได้นี้ผลิตขึ้นจาก “ไนโอเบต” (niobate) ส่วนประกอบที่ประกอบด้วยไนโอเบียมและออกซิเจน แล้วผสมเข้ากับผลึกขนาดนาโนเมตรของอินเดียมทินออกไซด์ (ITO) ที่ใช้สัมผัสจอภาพเพื่อแสดงผลเมื่อนิ้วสัมผัสหน้าจอ และการทดลองของนักวิทยาศาสตร์นี้ได้เผยแพร่ลงวารสารเนเจอร์ (Nature) ฉบับออนไลน์

วัสดุที่ได้ถูกนิยามว่าเป็นกระจกเพราะมีคุณสมบัติเชิงโครงสร้างของกระจก ซึ่งโมเลกุลจะผสมปนเปไปทั่วโดยไม่มีรูปแบบที่ชัดเจน เช่นเดียวกับของเหลว ทว่ากระจกหรือแก้วจะต่างจากของเหลวตรงที่ไม่ไหล ทั้งนี้ กระจกหน้าต่างโดยทั่วไปจากผลิตขึ้นจากซิลิกอนไดออกไซด์ผสมกับสารเคมีอื่นๆ เช่น โซเดียมออกไซด์ แมกนีเซีย ปูนขาว และอลูมินา เพื่อให้มีความแข็งแกร่งเป็นพิเศษ

ในการพัฒนากระจกฉลาดนั้นีมวิจัยได้ละลายไนเบตลงในน้ำ จากนั้นเติมผลึกนาโนอินเดียมทินออกไซด์ โมเลกุลของไนโอเบตจะเชื่อมกับอินเดียมทินออกไซด์ ก่อตัวเป็นกลุ่มก้อนเล็กๆ ซึ่ง เดเลีย เจ มิลลิรอน (Delia J. Milliron) นักวัสดุศาสตร์จากลอว์เรนซ์เบิร์กลีย์ กล่าวว่า สิ่งที่ต้องอาศัยทักษะคือการปลูกผลึกนาโน โดยทุกอย่างทำขึ้นภายใต้อุณหภูมิห้อง

จากนั้นทีมวิจัยปล่อยให้สารละลายระเหยโดยการให้ความร้อนไปด้วย ซึ่งได้เปลี่ยนรูปส่วนผสมไนโอเบต-อินเดียมทินออกไซด์ให้กลายเป็นของแข็งที่รูปร่างไม่แน่นอน หรือกลายเป็นแก้วอยู่รอบๆ ผลึกนาโนที่ปิดทับด้วยไนโอเบต จากนั้นนักวิทยาศาสตร์วางแก้วไนโอเบตด้านบนของอิเล็กโทรด และเติมของเหลวอิเล็กโทรไลต์หรือสารละลายที่แตกตัวเป็นไออนได้ลงบนแก้วแล้วประกบอิเล็กโทรดอีกชั้น

เมื่อทีมวิจัยให้แรงดันไฟฟ้าผ่านอิล็กโทรดปรากฏว่าแก้วโปร่งแสง เมื่อให้แรงดัน 4 โวลต์แก้วจะโปร่งใส แต่ที่แรงดัน 2.3 โวลต์กระจกจะกันแสงที่ย่านอินฟราเรดใกล้ และที่แรงดัน 1.5 โวลต์กระจกจะกันแสงที่ตามองเห็นและแสงในย่านอินฟราเรดใกล้ ที่เป็นเช่นนี้เพราะประจุไฟฟ้าได้กระตุ้นโครงสร้างผลึกนาโน ทำให้สามารถกันความยาวคลื่นของแสงได้อย่างคงที่

ในการใช้งานจริงไลฟ์ไซน์กล่าวว่ากระจกฉลาดนี้จะเป็นชั้นหนาระดับไมโครเมตรที่นำไปติดตั้งบนกระจกหน้าต่างทั่วไป แต่นักวิจัยยังต้องพัฒนาต่อเพื่อทำให้กระจกฉลาดกลายเป็นสิ่งที่สามารถติดตั้งในอาคารได้เลย ซึ่งการพัฒนาอย่างหนึ่งคือการเปลี่ยนอิเล็กโทรไลต์ให้เป็นของของแข็ง และยังต้องหาวัสดุชั้นดีเพื่อผลิตเป็นอิเล็กโทรด โดยในขั้นทดลองพวกเขาใช้ลิเธียม แต่ไม่ค่อยได้ผลในทางปฏิบัติหรืออาจไม่ปลอดภัยเมื่อใช้กับกระจกบานใหญ่