Smarteres Zuhause: Intelligentes Fenster spiegelt Sonnenlicht mit Silber weg

Glasfassaden bringen Tageslicht in Büros und Wohnungen. An sonnigen Tagen verwandeln sie Innenräume aber in Treibhäuser, und Klimaanlagen arbeiten gegen die einfallende Wärme an. Beschichtungen auf dem Glas dämpfen den Sonneneintrag, nehmen dann aber dauerhaft Licht weg. Gefragt sind Scheiben, die sich je nach Wetter umstellen lassen und zusätzlich Wärme abgeben. Ein Team aus China hat eine Verglasung gebaut, die beides verbindet und dabei in vielen Farben schaltet.

Silber wandert per Spannung auf die Scheibe

Forscher:innen der Huazhong University of Science and Technology in Wuhan um Run Hu stellen ihr Fenster im Fachjournal Nano Letters vor. Das Herzstück bilden gekoppelte Nanokavitäten, also hauchdünne optische Hohlräume zwischen mehreren Schichten. Eine angelegte Spannung scheidet Silber an einer Elektrode ab, eine umgekehrte Spannung löst das Metall wieder auf. Mit der Silberschicht wechselt die Scheibe von einem farbig durchsichtigen in einen weitgehend undurchsichtigen, spiegelnden Zustand. Der Vorgang lässt sich umkehren, sodass Nutzer:innen die Scheibe per Spannung zwischen beiden Zuständen hin- und herschalten.

Die Farbe entsteht durch Interferenz des Lichts in den winzigen Schichtstrukturen. Das abgeschiedene Silber verschiebt die optischen Resonanzen und verändert so neben der Lichtdurchlässigkeit auch den Farbton.

Fast der gesamte sRGB-Farbraum

Die durchschnittliche Durchlässigkeit für sichtbares Licht lässt sich um mehr als 40 Prozent variieren. Die erreichbaren Farben decken 99,5 Prozent des sRGB-Farbraums ab, eines verbreiteten Standards für darstellbare Farbtöne. Architekt:innen könnten Fassaden damit farblich gestalten, ohne auf die Schaltfunktion zu verzichten.

Für die Kühlung zählt eine zweite Eigenschaft: Die Scheibe wirft Sonnenlicht zurück und strahlt gleichzeitig Wärme im mittleren Infrarotbereich ab. Metallisches Silber unterdrückt diese Abstrahlung normalerweise. Das Fenster behält laut den Messungen aber auch im spiegelnden Zustand eine hohe Emissivität. Damit kombiniert es regelbaren Sonnenschutz mit passiver Strahlungskühlung, die Wärme als Infrarotstrahlung an die Umgebung abführt. Ein Teil dieser Strahlung passiert die Atmosphäre ungehindert und trägt Wärme bis ins Weltall ab.

Im Freilandtest kühler als Glas und Schaltscheiben

Unter freiem Himmel trat der Prototyp gegen gewöhnliches Glas und eine handelsübliche elektrochrome Verglasung an. Das Team maß Temperaturunterschiede von etwa 7 Grad Celsius gegenüber normalem Glas und rund 8,7 Grad Celsius gegenüber der kommerziellen Schaltscheibe.

Die Werte gelten für die konkreten Versuchsbedingungen. Wie viel Energie ein bewohntes Gebäude damit spart, lässt sich daraus nicht direkt ablesen. Vor einem Einsatz an großen Fassaden müssen die Forscher:innen zudem Herstellung, Lebensdauer und das Verhalten bei jahrelanger Witterung klären. Der Prototyp belegt vorerst, dass sich Lichtsteuerung, Farbgestaltung und Wärmeabgabe in einer einzigen Verglasung vereinen lassen.

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