تساهم النوافذ بما يصل إلى 60% من الطاقة المفقودة في المباني. في الطقس الحار، يتم تدفئة النوافذ من الخارج، مما يؤدي إلى إشعاع الطاقة الحرارية إلى داخل المبنى. عندما يكون الجو باردًا في الخارج، تسخن النوافذ من الداخل، وتشع الحرارة إلى البيئة الخارجية. وتسمى هذه العملية التبريد الإشعاعي. وهذا يعني أن النوافذ ليست فعالة في الحفاظ على المبنى دافئًا أو باردًا كما ينبغي.

هل من الممكن تطوير زجاج يمكنه تشغيل أو إيقاف تأثير التبريد الإشعاعي من تلقاء نفسه اعتمادًا على درجة حرارته؟ الجواب هو نعم.

ينص قانون فيدمان-فرانز على أنه كلما كانت الموصلية الكهربائية للمادة أفضل، كانت الموصلية الحرارية أفضل. ومع ذلك، تعتبر مادة ثاني أكسيد الفاناديوم استثناءً، حيث أنها لا تخضع لهذا القانون.

أضاف الباحثون طبقة رقيقة من ثاني أكسيد الفاناديوم، وهو مركب يتحول من عازل إلى موصل عند حوالي 68 درجة مئوية، إلى جانب واحد من الزجاج.ثاني أكسيد الفاناديوم (VO2)هي مادة وظيفية ذات خصائص انتقالية نموذجية للطور المستحث حرارياً. يمكن تحويل مورفولوجيتها بين عازل ومعدن. إنه يتصرف كعازل في درجة حرارة الغرفة وكموصل معدني عند درجات حرارة أعلى من 68 درجة مئوية. ويرجع ذلك إلى أن تركيبه الذري يمكن أن يتحول من هيكل بلوري في درجة حرارة الغرفة إلى هيكل معدني عند درجات حرارة أعلى من 68 درجة مئوية، ويحدث التحول في أقل من 1 نانو ثانية، وهي ميزة للتطبيقات الإلكترونية. وقد دفعت الأبحاث ذات الصلة الكثير من الناس إلى الاعتقاد بأن ثاني أكسيد الفاناديوم قد يصبح مادة ثورية لصناعة الإلكترونيات المستقبلية.

قام الباحثون في إحدى الجامعات السويسرية بزيادة درجة حرارة المرحلة الانتقالية لثاني أكسيد الفاناديوم إلى أكثر من 100 درجة مئوية عن طريق إضافة الجرمانيوم، وهي مادة معدنية نادرة، إلى فيلم ثاني أكسيد الفاناديوم. لقد حققوا طفرة في تطبيقات الترددات اللاسلكية، وذلك باستخدام ثاني أكسيد الفاناديوم وتكنولوجيا تبديل تغيير الطور لإنشاء مرشحات تردد فائقة الصغر وقابلة للضبط لأول مرة. هذا النوع الجديد من المرشحات مناسب بشكل خاص لنطاق التردد الذي تستخدمه أنظمة الاتصالات الفضائية.

بالإضافة إلى ذلك، فإن الخصائص الفيزيائية لثاني أكسيد الفاناديوم، مثل المقاومة ونفاذية الأشعة تحت الحمراء، سوف تتغير بشكل كبير أثناء عملية التحويل. ومع ذلك، تتطلب العديد من تطبيقات VO2 أن تكون درجة الحرارة قريبة من درجة حرارة الغرفة، مثل: النوافذ الذكية، وكاشفات الأشعة تحت الحمراء، وما إلى ذلك، ويمكن أن يؤدي التطعيم إلى تقليل درجة حرارة انتقال الطور بشكل فعال. يمكن لعنصر التنغستن المنشط في فيلم VO2 أن يقلل من درجة حرارة انتقال الطور للفيلم إلى درجة حرارة الغرفة تقريبًا، لذلك فإن VO2 المشبع بالتنغستن له آفاق تطبيق واسعة.

وجد مهندسو Hongwu Nano أن درجة حرارة المرحلة الانتقالية لثاني أكسيد الفاناديوم يمكن تعديلها عن طريق التشويب، والإجهاد، وحجم الحبوب، وما إلى ذلك. ويمكن أن تكون عناصر التشويب هي التنغستن، والتنتالوم، والنيوبيوم، والجرمانيوم. يعتبر تعاطي المنشطات بالتنغستن أكثر طرق المنشطات فعالية ويستخدم على نطاق واسع لضبط درجة حرارة انتقال الطور. يمكن أن يؤدي تعاطي التنغستن بنسبة 1٪ إلى تقليل درجة حرارة المرحلة الانتقالية لأغشية ثاني أكسيد الفاناديوم بمقدار 24 درجة مئوية.

مواصفات ثاني أكسيد الفاناديوم النانوي النقي الطور وثاني أكسيد الفاناديوم المشوب بالتنغستن التي يمكن لشركتنا توفيرها من المخزون هي كما يلي:

1. نانو ثاني أكسيد الفاناديوم VO2، الطور النقي غير المخدر، درجة حرارة انتقال الطور هي 68 درجة مئوية

2. ثاني أكسيد الفاناديوم المشوب بـ 1% تنجستين (W1%-VO2)، درجة حرارة انتقال الطور هي 43°C

3. ثاني أكسيد الفاناديوم المشوب بـ 1.5% تنجستن (W1.5%-VO2)، درجة حرارة انتقال الطور هي 32°C

4. ثاني أكسيد الفاناديوم المشوب بـ 2% تنجستين (W2%-VO2)، درجة حرارة انتقال الطور هي 25°C

5. ثاني أكسيد الفاناديوم المشوب بـ 2% تنجستن (W2%-VO2)، درجة حرارة انتقال الطور هي 20°C

وبالتطلع إلى المستقبل القريب، يمكن تركيب هذه النوافذ الذكية المزودة بثاني أكسيد الفاناديوم المغطى بالتنغستن في جميع أنحاء العالم والعمل على مدار العام.