Laboratorij za vede o okolju in življenju

Termo- in foto-aktivne prevleke za okna

V projektu smo se osredotočili na sintezo novih materialov na osnovi oksidov prehodnih kovin v obliki funkcionalnih prevlek za izdelavo “zelenih” oken: okoljsko in energijsko učinkovitih. S tem namenom smo oblikovali več delovnih sklopov za doseganje ciljev projekta:

(i) priprava termokromnih prevlek,
(ii) priprava fotokatalitskih prevlek na steklu in plastiki,
(iii) njihova uporaba pri konstrukciji in modeliranju okna,
(iv) raziskava njihovih fizikalno-kemijskih lastnosti v povezavi s funkcionalnimi karakteristikami okna –toplotno in svetlobno udobje, odstranitev onesnažil in samočistilna ter protizarositvena površina.

Priprava prevlek je temeljila predvsem na nizkotemperaturnih sol-gel postopkih sinteze in uporabi pigmentnih disperzij. Prevleke so na laboratorijski ravni izkazovale visoko optično prepustnost, nizko motnost in hkrati želene termokromne (TC) oz. fotokatalitske (PC) lastnosti. S PC prevlekami smo oplaščili tudi vzorčna okna proizvajalca in partnerja v projektu M SORA ter jih za dve leti izpostavili na treh lokacijah v Sloveniji: Ljubljana, Žiri in Nova Gorica (glej slike spodaj). Samočistilni učinek ni bil izrazit in podoben komercialnemu samočistilnemu steklu SGG BIOCLEAN®, medtem ko so se naše PC prevleke izkazale z izboljšano protizarositveno lastnostjo tako v laboratoriju kot tudi na že vgrajenem oknu izpostavljenem na severno stran stavbe v Ljubljani (Večna pot 113). Take prevleke so tudi še po koncu projekta stabilne in fotoaktivne.

TC učinek smo dosegli s prevlekami na osnovi VO2, ki omogoča modulacijo transmisivnosti in refleksivnosti v bližnjem IR (NIR) in termičnem IR spektralnem območju v odvisnosti od temperature. Temperaturo faznega prehoda iz polprevodniškega (NIR in IR prepustno) v kovinsko stanje (NIR vpojno in odbojno) TC prevlek na steklu in njihovo optično prepustnost smo spreminjali tako, da smo VO2 dodali ustrezne dopante (Mg, Zn, W, Mo, Sb:SnO2). Pripravo pigmentnih disperzij smo izvedli z mletjem VO2 pigmentov v prisotnosti različnih disperzantov po uveljavljenih postopkih.

PC učinek smo dosegli s prevlekami na osnovi TiO2, ki pod vplivom sončnega sevanja katalizira razgradnjo onesnažil in omogoča njihovo lažje izpiranje zaradi pojava fotoinducirane superhidrofilnosti na površini polprevodnika, kar smo pokazali z realnim oknom na stavbi FKKT v Ljubljani. Postopek priprave je bil osnovan na sintezi kislega vodnega sola, ki je vseboval fotokemijsko aktivne TiO2 nanodelce (v primeru vključevanja drugih polprevodnikov še ZrO2 ali SnO2 fazo), in silikatnega veziva. Formulacijo raztopin smo optimizirali za nanos na steklene in fleksibilne polimerne podlage, pri katerih je imela SiO2 faza tudi vlogo preprečitve razgradnje polimera ob izpostavitvi dolgotrajnemu sončnemu obsevanju.

Pomen za razvoj Slovenije

Uspešna uporaba termokromnih plasti na oknih bi omogočala prihranke energije, saj bi okna pri višji temperaturi postala zatemnjena in bi na ta način uravnavala – zmanjšala pritok sončnega sevanja v stavbe. Zato bi aplikacija termokromnih prevlek na komercialno okno omogočala prodajo novega produkta, ter posledično promocijo povezave med akademskim in privatnim sektorjem. Projekt je omogočil pregled materialov na osnovi VO2 in preverjanje sinteznih poti, ki vodijo do le-teh; ravno tako možnosti za pripravo termokromnih plasti na osnovi VO2. Vsekakor pa je do komercialnega produkta še dolga pot tehnološkega razvoja.

S projektom smo pokazali, da lahko z domačim znanjem pod blagimi sinteznimi pogoji pripravimo fotokatalitske (samočistilne in protizarositvene) tanke plasti na mineralnih kot tudi termično neobstojnih podlagah, ki so konkurenčne ali učinkovitejše od komercialno dostopnih samočistilnih stekel tujega proizvajalca. S tem segmentom raziskav smo torej dosegli in presegli lastnosti komercialnega produkta in pokazali, da lahko plasti enostavno nanesemo tudi na večje površine, kar nedvomno je prispevek k razvoju Slovenije. Ekonomska upravičenost prenosa v proizvodnjo pa še ni dozorela; podobno, tudi že obstoječa samočistilna stekla tuje izdelave, pripravljena z zahtevnejšo tehnologijo in ostrejšimi pogoji, niso dosegla pričakovanih (in oglaševanih) rezultatov med dvoletnim obdobjem izpostavitve vremenskim vplivom.

Shema več-funkcionalnih prevlek razvitih in apliciranih v sklopu projekta.

Zemljevid lokacij kjer so bili postavljeni vzorci za terensko izpostavitev.

Slika lokacije v Novi Gorici.

Slika lokacije v Žireh.

Slika lokacije v Ljubljani.

Tanka plast nanešena na okno iz zunanje strani; manj fotokatalitsko aktivna levo, bolj aktivna desno in brez nanosa v sredini.

Partnerji ki so sodelovali v projektu: Univerza v Novi Gorici (koordinator); Kemijski inštitut; Univerza v Ljubljani, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo in Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo; M SORA, trgovina in proizvodnja, d.d.

Trajanje projekta: 1. 3. 2016 – 28. 2. 2019

Poročilo o dosežkih na projektu v 2017