Dunkles Fenster auf Knopfdruck

Vorhänge und Jalousien werden mit Fenstern, die sich auf Knopfdruck verdunkeln, überflüssig. Doch dieser Komfort ist kostspielig, zudem reagieren die Gläser mit lichtaktiven Schichten aus Wolframoxid langsam und altern schnell. Eine günstigere und vor allem deutlich schneller reagierende Alternative haben Wissenschaftler nun auf der Basis eines metallhaltigen Gels entwickelt. Wie sie in der Fachzeitschrift „Joule“ berichten, verdunkelt sich ihr schaltbares Fenster in weniger als einer Minute.

„Schaltbare Fenster haben das Potenzial, Heiz- und Kühlkosten von Räumen um etwa ein Fünftel zu senken“, sagt Michael McGehee von der Stanford University in Kalifornien. Aber für eine weite Verbreitung solcher Fenster ist eine günstige und robuste Schalttechnologie nötig. Um dieses Ziel zu erreichen, lösten die Wissenschaftler kleine Mengen an Kupfer- und Silberperchlorat in einem wässrigen Gel auf. Eine dünne Schicht aus diesem Gel füllten sie zwischen eine Glasscheibe mit einem umlaufenden Kupferfilm als Elektrode und eine elektrisch leitfähige Schicht aus Indiumzinnoxid. Damit kein Gel an den Seiten austreten konnte, dichteten sie ihren quadratischen Prototyp mit einer Kantenlänge von fünf Zentimetern mit einem gummiartigen Kunststoff ab.

Dieses Glas-Gel-Sandwich ließ im Ausgangszustand gut achtzig Prozent des sichtbaren Lichts hindurch, war also weitestgehend durchsichtig. Legten McGehee und seine Kollegen nun eine geringe elektrische Spannung von nur minus 0,6 Volt an, bildeten sich in der Gelschicht innerhalb weniger Sekunden erste winzige Kupfer- und Silberkristalle. Damit sich diese Metallpartikel gleichmäßig über die Fensterfläche verteilen, hatten die Forscher zuvor winzige Platinpartikel auf der gesamten Schicht aus Indiumzinnoxid deponiert. Diese dienten als Kristallisationskeime für die Metallpartikel.

Nach nur dreißig Sekunden waren so viele Kupfer- und Silberkristalle entstanden, dass ein Großteil der eintretenden Lichtwellen gestreut wurde – und nur noch ein Fünftel des sichtbaren Lichts das Testfenster durchquerte. Nach drei Minuten verdunkelte sich der Prototyp fast vollständig, die Transmissionsrate des Lichts sank unter fünf Prozent. Polten die Forscher die Spannung um, lösten sich die Metallpartikel wieder im Gel auf. Binnen siebzig Sekunden war das Fenster so durchsichtig wie zuvor.

Auch nach mehr als 5000 Schaltzyklen ließ die Verdunklung des Prototyps nicht nach. So schätzen die Forscher, dass die Stabilität des Systems durchaus für einen langjährigen Einsatz ausreichen könnte. Auch die Kosten für die winzigen Mengen an Platin, Kupfer und Silber halten sich mit etwa zwei Euro für ein Fenster mit einer Fläche von einem Quadratmeter in Grenzen. Vor einer möglichen Serienfertigung müsste allerdings noch ein effizientes Verfahren für deutlich größere Flächen entwickelt werden.