DE102015015877A1 - Optisch schaltendes Element - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisch schaltendes Element, welches reversible Schaltvorgänge von optisch transparent nach opak im sichtbaren Spektralbereich durchführt. Für den Schalteffekt werden eine poröse Funktionsschicht und eine Flüssigkeit verwendet. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Herstellung der porösen Funktionsschicht und Verwendung des optisch schaltenden Elements.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein optisch schaltendes Element, welches reversible Schaltvorgänge von optisch transparent nach opak im sichtbaren Spektralbereich erlaubt. Im opaken Zustand ist die Transmission im sichtbaren Spektralbereich (Wellenlänge ca. 380–780 nm) gegenüber dem transparenten Zustand deutlich reduziert. Der Schaltvorgang erfolgt durch Kondensation von Gasen oder Dämpfen. Der Schaltvorgang kann sowohl aktiv als auch passiv erfolgen, z. B. durch Zuführung von Gas, Dampf, Flüssigkeit (gasochrom) oder Wärme (thermochrom, z. B. Sonneneinstrahlung).
  • Das Konzept des optisch schaltenden Elements basiert auf der Verwendung einer porösen Funktionsschicht, einer Flüssigkeit und der Brechungsindexanpassung von Festkörperkomponente in der Funktionsschicht und Fluid.
  • Das optisch schaltende Element kann für diverse Einsatzzwecke verwendet werden, u. a. als transluzente Verglasung, Fenster, technische Abschattung, Überhitzungsschutz (z. B. für Solarkollektoren), Oberlicht, architektonisches Gestaltungselement, als Funktionskomponente in Überdachungen oder Einhausungen.
  • [Stand der Technik]
  • Optisch schaltende Elemente basierend auf unterschiedlichen physikalisch-technischen Effekten (elektrochrom, gasochrom, thermochrom, photochrom) sind schon länger bekannt.
  • Am weitesten verbreitet sind elektrochrome Schichten, welche durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen einem oxidierten und einem reduzierten Zustand schalten, was ihren Farbeindruck und die optische Transmission verändert [ EP000000408427B1 ]. Das am häufigsten verwendete Material für elektrochrome Schichten ist Wolframoxid (WO3). Es sind aber auch zahlreiche andere elektrochrom schaltbare Verbindungen bekannt, darunter diverse Metalloxide (u. a. Nickeloxid, Niobiumoxid) sowie Polymere, z. B. Polyanilin, Poly(3,4-ethylen-dioxythiophen).
  • Eine weitere Möglichkeit sind gasochrom schaltende Schichten, deren Funktionsprinzip ähnlich dem der elektrochromen Schichten ist. Hierbei wird ein elektrochromes Material durch Zuführung von Wasserstoffgas (H2) anstatt einer elektrischen Spannung zwischen transparentem und eingefärbtem Zustand geschaltet. Auch über gasochrom schaltbare Spiegel aus MgNi-Legierungen wurde bereits berichtet, die mit Wasserstoffgas zwischen einem transparenten bzw. reflektierenden Zustand geschaltet werden. Der Schalteffekt der gasochrom schaltenden Schichten und Spiegel des Stands der Technik wird durch eine Änderung der Oxidationsstufe der Metalllegierung verursacht.
  • Die dritte Variante optisch schaltbarer Elemente basiert auf der Verwendung von Flüssigkristallen [ KR102005069535A ]. Hierbei wird die Orientierung der Flüssigkristalle durch das Anlegen eines elektrischen Feldes und damit auch die optische Transmission verändert.
  • Ein ähnliches Konzept verfolgen optisch schaltbare Elemente durch Elektrophorese, bei der ungeordnete Partikel durch Anlegen eines elektrischen Feldes ausgerichtet werden und sich dadurch die Transmission einer Schicht erhöht [ DE000010031294A1 ].
  • Daneben existieren noch thermochrome Elemente, bei denen Polymergele einen reversiblen Phasenübergang in Abhängigkeit der Temperatur vollziehen [ JP002000185360A ], sowie photochrome Materialien, die durch lichtinduzierte Umwandlung eine Änderung ihres Absorptionsspektrums durchlaufen [ WO002002093235A1 ].
  • Der Schalteffekt von elektrochromen und gasochromen Metalloxidschichten beruht auf einer erhöhten Absorption von Strahlung, was zu einer deutlichen Erhitzung der Schicht, des Elements und insgesamt zu thermischen Belastungen führt, welche die Lebensdauer und Effizienz des Bauteils beeinträchtigen können. Dadurch wird auch ein höherer Wärmeeintrag in dahinter liegende Bereiche verursacht. Zudem wird keine vollständige Opazität erreicht, eine Durchsicht ist stets gegeben.
  • Bei Flüssigkristallen beruht der Schalteffekt auf Streuung, allerdings ist eine kontinuierliche elektrische Leistungsaufnahme für den transparenten Zustand erforderlich.
  • Bei gasochrom schaltbaren Spiegeln (z. B. MgNi-Legierung) beruht der Schalteffekt auf einer Veränderung der Reflexion. Hier sind geringere thermische Belastungen zu erwarten, allerdings treten gegebenenfalls Reflektionen auf, die an anderer Stelle zu Blendung oder thermischen Belastungen führen können, z. B. in einem gegenüberliegenden Gebäude.
  • [Aufgabe der Erfindung]
  • Aufgabe der Erfindung ist ein optisch schaltendes Element, welches reversible Schaltvorgänge von optisch transparent nach opak im sichtbaren Spektralbereich (Wellenlänge ca. 380 nm–780 nm) durchführt. Weiterhin sollte sich auch die Transmission im Infraroten Spektrum (ca. 780 nm–2500 nm) signifikant ändern.
  • Das erfindungsgemäße optisch schaltende Element verwendet eine poröse Funktionsschicht, deren Poren über die Gas-/Dampf- oder Flüssigphase mit einer Flüssigkeit gefüllt werden – die daraus resultierende Brechungsindexanpassung von Funktionsschicht und Fluid ergibt den Schaltvorgang. Die Funktionsschicht selbst muss offenporös und seine Strukturen (Partikel, Fasern oder Poren) entsprechend groß genug im Bereich von 100 nm–100 μm sein, um im trockenen Zustand eine Streuung von elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren Spektralbereich hervorzurufen. Bei farblosen Substanzen resultiert dies in einem weißen Farbeindruck. Werden nun die Poren der porösen Funktionsschicht mit einer Flüssigkeit gefüllt, deren Brechungsindex ähnlich dem der für das Fluid nicht zugänglichen Feststoffphase ist, erscheint die vormals weiße Funktionsschicht transparent.
  • Der Schaltvorgang von transparent auf streuend-weiß bildet dabei einen wesentlichen Vorteil im Vergleich zu elektrochromen oder gasochromen Elementen auf Basis von Metalloxiden (meist Wolframoxid WO3). WO3 hat einen blauen Farbeindruck, der sich im abgedunkelten Zustand verstärkt. Insbesondere für architektonische Anwendungen wird häufig ein neutraler Farbeindruck bevorzugt; diese Anforderung wird durch die elektrochrom schaltbaren Elemente des Stands der Technik nicht erfüllt. Zudem besteht beim erfindungsgemäßen optisch schaltenden Element die Möglichkeit durch Zumischung von Farbpigmenten oder Farbstoffen in die Funktionsschicht einen beliebigen Farbeindruck zu erzeugen, der dem optischen Erscheinungsbild sowohl im transparenten als auch im streuenden Zustand überlagert ist. Auch können zusätzlich farbige Beschichtungen oder Folien vor/hinter/in das optisch schaltende Element eingebracht werden, um einen gewünschten Farbeindruck hervorzurufen.
  • Der Schalteffekt des erfindungsgemäßen optisch schaltenden Elements hingegen beruht auf Streuung der einfallenden Strahlung. Das System kann also vollkommene Opazität erreichen, ein dahinter liegendes Objekt ist nicht mehr sichtbar. Zudem sind thermische Belastungen, bzw. eine Überhitzung nicht zu erwarten, da sich die Absorption der Schicht beim Schalten nur wenig ändert. Durch die diffuse Streuung der einfallenden Strahlung sind auch keine unerwünschten Reflektionen vorhanden.
  • Einhergehend mit dem opaken, streuenden Zustand verringert sich sowohl der Licht- als auch der Strahlungstransmissionsgrad (DIN EN 410) des Elements signifikant. Bei einem vernachlässigbar kleinen solaren Absorptionsgrad kann der Strahlungstransmissionsgrad mit dem Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert) gleichgesetzt werden. Das optisch schaltende Element kann somit als effiziente technische Abschattung bzw. als Überhitzungsschutz z. B. für Solarkollektoren verwendet werden. Eine kontinuierliche elektrische Leistungsaufnahme wie bei den Flüssigkristallen ist dabei nicht erforderlich. Vielmehr wird die einfallende Strahlung und die damit verbundene Absorption im System Fluid-Matrix genutzt um das Fluid aus der Matrix zu desorbieren und die Komponente in den opaken Zustand zu überführen.
  • Als Fluid im optisch schaltenden Element kommen grundsätzlich alle transparenten Flüssigkeiten in Frage, zu denen sich eine geeignete poröse Funktionsschicht mit einem Feststoffgerüst findet, das einen ähnlichen Brechungsindex wie das Fluid besitzt. Um einen reversiblen Schalteffekt hervorzurufen, muss zudem der Dampfdruck der Flüssigkeit hinreichend groß sein, um aus der porösen Funktionsschicht wieder entfernt zu werden, was die Anzahl der verwendbaren Flüssigkeiten einschränkt. Insbesondere Flüssigkeiten mit vergleichsweise hohem Brechungsindex (> 1,40) haben in der Regel eher geringe Dampfdrücke und eignen sich damit nicht als Flüssigkeitsphase im optisch schaltenden Element.
  • Gängige Flüssigkeiten mit hinreichend hohem Dampfdruck, der ein reversibles Schalten erlaubt (> 10 hPa @20°C), z. B. Wasser oder Ethanol weisen Brechungsindizes von 1,33 bzw. 1,36 auf. Diverse Fluorpolymere wie beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE) haben vergleichbare Brechungsindizes zwischen 1,30 bis 1,40 und eignen sich damit insbesondere als Feststoffphase einer porösen Funktionsschicht in einem optisch schaltenden Element, das mit Ethanol oder Wasser schaltbar ist. Zusätzliche Vorteile von PTFE sind die UV- und Lichtbeständigkeit des Materials.
  • In Tabelle 1 ist eine Auswahl von Feststoffen mit ihren zugehörigen Brechungsindizes zusammengestellt, welche als poröse Funktionsschicht in Frage kommen. In Tabelle 2 sind potentielle Flüssigkeiten mit ihrem Brechungsindex und Dampfdruck gelistet, welche sich prinzipiell zur Verwendung im optisch schaltenden Element eignen.
  • Das optisch schaltende Element ( ) besteht aus einem in der Regel transparenten Substrat (1), z. B. Glas, Polymethylmethacrylat (PMMA), Polypropylen, Polyethylen, Polystyrol oder einem beliebigen anderen transparenten Kunststoff. Auf dem Substrat wird die poröse Funktionsschicht (2) aufgebracht. Im Gasvolumen (3) kann die Flüssigkeit in der Gasphase gespeichert werden. Die Abdeckung (4) begrenzt das Gasvolumen (3). Der Rahmen (5) dichtet das optisch schaltende Element gegen die Umgebung ab, so dass keine Flüssigkeit aus dem Element entweicht. Optional ist noch ein Flüssigkeitsspeicher (6) enthalten. Bei hinreichend geringem Bedarf an Flüssigvolumen (dünne Funktionsschicht mit geringer Porosität) kann das Gasvolumen die Flüssigkeit in der Gasphase zwischenspeichern. Wird ein größeres Flüssigvolumen benötigt, kann das optisch schaltende Element optional um ein Flüssigkeitsreservoir ergänzt werden. Das Flüssigkeitsreservoir befindet sich vorzugsweise von der Wärmequelle (z. B. Sonneneinstrahlung) abgewandt, um dort die Kondensation der Flüssigkeit zu gewährleisten (Wärmesenke). Der Flüssigkeitsspeicher kann auch als poröser oder absorptiver Speicher im Rahmen ausgeführt werden und ist insbesondere hilfreich, um Kondensation an der kalten Scheibe zu vermeiden.
  • Bei geeigneter Auslegung des optisch schaltenden Elements kann der Schaltvorgang rein passiv erfolgen, d. h. die Einleitung des Schaltvorgangs erfolgt ohne zusätzliche aktive Regelung alleine durch die Änderung der Umgebungsbedingungen. Die zunächst mit Flüssigkeit gefüllte und damit transparente Funktionsschicht erwärmt sich z. B. durch Sonneneinstrahlung. Durch Verdampfen der Flüssigkeit in das Gasvolumen trübt sich die Funktionsschicht ein und schaltet in den opaken, streuenden Zustand. Nimmt die Intensität der Sonneneinstrahlung wieder ab, so sinkt die Temperatur der Schicht, das Fluid aus dem Gasvolumen (bzw. Flüssigkeitsspeicher) kondensiert in der Funktionsschicht und diese wird erneut transparent.
  • Auch eine aktive Schaltung von transparent nach opak ist möglich. Hierzu wird beispielsweise das Flüssigkeitsreservoir geheizt oder gekühlt, abhängig davon ob der transparente oder der streuende Zustand der Funktionsschicht gewünscht ist. Beim Heizen des Flüssigkeitsreservoirs kondensiert Flüssigkeit in der Funktionsschicht und schaltet diese auf transparent. Beim Kühlen des Flüssigkeitsreservoirs verdampft Flüssigkeit aus der Funktionsschicht, was diese in den opaken, streuenden Zustand versetzt. Weiterhin kann eine aktive Schaltung auch über Erwärmung der Funktionsschicht erfolgen beispielsweise mittels Scheibenheizung, vergleichbar zur Rückscheibenheizung von Kraftfahrzeugen.
  • Abhängig von der verwendeten Flüssigkeit im optisch schaltenden Element kann auch der Schaltpunkt bezüglich der Schalttemperatur unterschiedlich eingestellt werden. Der Schaltpunkt, bei dem das Element vom transparenten in den opaken Zustand übergeht, bzw. umgekehrt, wird hier durch die Temperatur definiert. Im Wesentlichen bestimmt dabei der Sättigungsdampfdruck der Flüssigkeit den Schaltpunkt (Temperatur) sowie die Schaltgeschwindigkeit. Der benötigte Wärmeeintrag hängt von der Verdampfungsenthalpie des Fluids ab. Schaltpunkt und Schaltgeschwindigkeit können zudem mittels Über- bzw. Unterdruck im optisch schaltenden Element variiert werden.
  • Die poröse Funktionsschicht kann auf verschiedene Weise in das optisch schaltende Element eingebracht werden, beispielsweise als:
    • – poröse Folie (z. B. Filter, Membran) oder Gewebe, die auf das Substrat aufgetragen werden (z. B. PTFE-Membran, Cellulose-Faservlies)
    • – Dispersionen, die über Beschichtungsverfahren auf das Substrat aufgebracht werden, z. B. durch Rakeln, Tauchziehen, Spin-Coating, Sprühen, Gießen (Dispersionen mit Hydroxypropylcellulose, PTFE, andere Fluorpolymere; auch PTFE-Spray)
  • Um eine exzellente Anhaftung der porösen Funktionsschicht an das Substrat zu gewährleisten, kann die Substratoberfläche aufgeraut oder angeätzt werden. Auch die Verwendung eines transparenten Haftvermittlers, z. B. Polyvinylbutyral (PVB) kann für stärker anhaftende Funktionsschichten verwendet werden.
  • Das optisch schaltende Element kann sowohl starr als auch flexibel sein. Für eine flexible Variante kann z. B. flexible, dünne Polyethylen-Folie als Substrat und Abdeckung sowie eine elastischen Abdichtung (z. B. Silikonkautschuk) verwendet werden. Die poröse Funktionsschicht ist als Folie, Membran oder Filter auf Basis von Fluorpolymeren in der Regel selbst flexibel und kann somit einfach auf ein flexibles Substrat auf- oder in das optisch schaltende Element eingebracht werden.
  • Als optisch schaltendes Element ist auch ein offenes System möglich, wobei eine poröse Funktionsschicht ohne Verkapselung direkt auf ein Substrat aufgebracht wird. Der Schaltvorgang kann dann beispielsweise durch Regen (transparent) oder Sonneneinstrahlung (opak) ausgelöst werden. Das Substrat kann dabei transparent, transluzent (z. B. Gewebe für textile Architektur) oder auch opak mit beliebigem Farbeindruck sein. Tabelle 1: Brechungsindizes von Feststoffen, die als Festkörperphase der porösen Funktionsschicht in Frage kommen.
    Feststoff Brechungsindex
    Alginatsäure 1.33
    Hydroxypropylcellulose 1.34
    Poly(tetrafluorethylen-co-hexafluorpropylen) 1.34
    Hydroxypropylcellulose 1.34
    Perfluorethylenpropylen (FEP) 1.34
    Perfluoralkoxy-Polymer (PFA) 1.34
    Polytetrafluorethylen (PTFE) 1.38
    Polychlortrifluorethylen (PCTFE) 1.39
    Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE) 1.40
    Polymethacrylsäure-Natriumsalz 1.40
    Poly(trifluorethyl acrylat) 1.41
    Polyvinylidenfluorid (PVDF) 1.42
    Polyvinylfluorid (PVF) 1.45
    Quarzglas 1.46
    Glas 1.46–2.14
    Polypropylen 1.49
    Polymethylmethacrylat (PMMA) 1.49
    Polyethylen 1.50
    Fensterglas 1.52
    Cellulose 1.53–1.57
    Polyamid 1.53
    Polyester 1.58–1.64
    Polystyrol 1.58
    Polycarbonat 1.59
    Tabelle 2: Brechungsindizes und Dampfdruck bei 20°C für einige ausgewählte Flüssigkeiten.
    Flüssigkeit Brechungsindex Dampfdruck [hPa] @ 20°C
    Wasser 1.33 23.4
    Aceton 1.36 246
    Ethanol 1.36 58
    Isopropanol 1.38 43
    1-Propanol 1.39 20
    Isobutanol 1.40 12
    Tetrahydrofuran 1.41 173
    Cyclopentan 1.41 346
    Propylenglykol 1.43 0.11
    Cyclohexan 1.46 104
    Tetrachlormethan 1.46 119.4
    Glycerin 1.47 0.1
    N-Methyl-2-pyrrolidon 1.49 32
    Ethylbenzol 1.49 10
    Toluol 1.50 29.1
    Benzol 1.50 100
    Tetrachlorethen 1.51 19
    o-Xylol 1.51 13
    Pyridin 1.51 20.5
    Iodethan 1.51 145
    Salicylsäureethylester 1.52 0.1
    Thiophen 1.53 80
    Chlorbenzol 1.53 11.7
    Iodmethan 1.53 441
    Salicylsäuremethylester 1.54 0.13
    Benzylalkohol 1.54 2.7
    Benzaldehyd 1.55 1.26
    Cargille refractive index matching liquids 1.30–1.80 < 1
  • (Beispiele)
  • Ausführungsbeispiel 1:
  • Als poröse Funktionsschicht wird eine hydrophile PTFE-Membran der Firma Merck Millipore verwendet (Typ FHLC04700; Herstellerangabe: Porengröße 0,45 μm; gemessene Größen: Dicke 32 μm, Porosität ca. 60%), als Substrat und Abdeckung jeweils eine Glasscheibe, welche durch einen Aluminiumrahmen auf Abstand gehalten werden. Das Flüssigkeitsreservoir wird mit einem Peltier-Element geheizt bzw. gekühlt. Als Schaltflüssigkeit wird Ethanol verwendet. Der wellenlängenabhängige Verlauf der gerichtet-hemisphärischen Transmission (τgh) im streuenden und transparenten Zustand der Funktionsschicht ist in dargestellt. Der Lichttransmissionsgrad nach DIN EN 410 beträgt im streuenden Zustand 0,19, im transparenten Zustand 0,83. Der Schalthub des Lichttransmissionsgrades zwischen opak und transparent beträgt 0,64. Der Strahlungstransmissionsgrad nach DIN EN 410 im opaken Zustand beträgt 0,24, im transparenten Zustand 0,84. Der Schalthub des Strahlungstransmissionsgrades beträgt 0,60.
  • Im streuenden, trockenen, opaken Zustand beträgt der solare Absorptionsgrad der PTFE-Membran < 0,01 und der Strahlungstransmissionsgrad entspricht in diesem Fall dem Gesamtenergiedurchlassgrad.
  • Für das optische Schalten der Funktionsschicht werden etwa 22 g/m2 Ethanol benötigt.
  • Ausführungsbeispiel 2:
  • Der Aufbau des optisch schaltenden Elements erfolgt analog zu Ausführungsbeispiel 1. Als Schaltfluid wird hingegen destilliertes Wasser verwendet. Der Verlauf der gerichtethemisphärischen Transmission im streuenden und transparenten Zustand der Funktionsschicht ist in dargestellt. Der Lichttransmissionsgrad nach DIN EN 410 beträgt im streuenden Zustand 0,19, im transparenten Zustand 0,82. Der Schalthub des Lichttransmissionsgrades zwischen opak und transparent beträgt 0,63. Der Strahlungstransmissionsgrad nach DIN EN 410 im opaken Zustand beträgt 0,24, im transparenten Zustand 0,83. Der Schalthub des Strahlungstransmissionsgrades beträgt 0,59.
  • Für das optische Schalten der Funktionsschicht werden etwa 24 g/m2 destilliertes Wasser benötigt.
  • Ausführungsbeispiel 3:
  • Auf eine Glasplatte (Substrat) wird durch Aufrakeln einer PTFE-Dispersion (TE-3859 von DuPont) eine homogene Funktionsschicht auftragen. Nach dem Trocknen und Aushärten bei 250°C ergibt sich eine 40–60 μm dicke PTFE-Schicht mit kugelförmigen Partikeln ( ). Die mittlere PTFE-Partikelgröße beträgt nach Produktinformationsblatt 0,22 μm. Als Abdeckung wird eine zweite Glasplatte verwendet, die Abdichtung und Abstandshalterung erfolgt mit Silikonkautschuk. Als Schaltfluid wird Ethanol verwendet. Es wird exakt so viel Ethanol als Schaltfluid verwendet, um die Funktionsschicht in den transparenten Zustand zu bringen. Wird das optisch schaltende Element der Sonneneinstrahlung ausgesetzt, so trübt sich die Funktionsschicht in wenigen Minuten komplett ein und das verdampfte Lösungsmittel geht als Gas ins Gasvolumen über. Bei Beendigung der Sonneneinstrahlung, kondensiert das Ethanol wieder in der Funktionsschicht und das optisch schaltende Element schaltet erneut in den transparenten Zustand ( ). Der Verlauf der gerichtet-hemisphärischen Transmission im streuenden und transparenten Zustand der Funktionsschicht ist in dargestellt.
  • Der Lichttransmissionsgrad nach DIN EN 410 beträgt im streuenden Zustand 0,53, im transparenten Zustand 0,82. Der Schalthub des Lichttransmissionsgrades zwischen opak und transparent beträgt 0,29. Der Strahlungstransmissionsgrad nach DIN EN 410 im opaken Zustand beträgt 0,57, im transparenten Zustand 0,77. Der Schalthub des Strahlungstransmissionsgrades beträgt 0,20.
  • Für das optische Schalten der Funktionsschicht werden etwa 17 g/m2 Ethanol benötigt.
  • Ausführungsbeispiel 4:
  • Als poröse Funktionsschicht wird eine hydrophile PTFE-Membran der Firma Merck Millipore (Typ FHLC04700) verwendet. Als Substrat dient eine flexible Polyethylen-Folie, auf die die PTFE-Membran aufgebracht wird. Als Abdeckung wird ebenfalls eine flexible Polyethylen-Folie verwendet. Als Abdichtung wird Silikonkautschuk verwendet und als Schaltfluid dient Ethanol. Das flexible, optisch schaltende Element kann analog zu Ausführungsbeispiel 3 optisch geschaltet werden.
  • Ausführungsbeispiel 5:
  • Auf ein flexibles Glasgewebe (Substrat) wird eine hydrophile PTFE-Membran der Firma Merck Millipore (Typ FHLC04700) mit einem Pinsel aufgetragen. Bei Benetzung mit Wasser schaltet die poröse Funktionsschicht vom weiß streuenden Zustand in den transparenten Zustand und erhöht so die Transmission des sichtbaren Lichts durch die beiden Komponenten.
  • Ausführungsbeispiel 6:
  • Anstelle der PTFE Dispersion aus Ausführungsbeispiel 3 wird PTFE-Dichtband (OLIFAN PTFE, 80 g/m2, Dicke 0,1 mm) verwendet. Mit Ethanol als Schaltfluid kann das Element zwischen transparent und opak geschaltet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Substrat
    2
    poröse Funktionsschicht
    3
    Gasvolumen
    4
    Abdeckung
    5
    Abdichtung/Rahmen
    6
    (poröses) Flüssigkeitsreservoir (optional)
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 000000408427 B1 [0005]
    • KR 102005069535 A [0007]
    • DE 000010031294 A1 [0008]
    • JP 002000185360 A [0009]
    • WO 002002093235 A1 [0009]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • DIN EN 410 [0017]
    • DIN EN 410 [0029]
    • DIN EN 410 [0032]
    • DIN EN 410 [0035]

Claims (12)

  1. Optisch schaltendes Element bestehend aus einer porösen Funktionsschicht und einer transparenten Flüssigkeit in einem dampfdicht abgeschlossenen Raum, vorzugsweise im Scheibenzwischenraum einer Mehrfachverglasung, dadurch gekennzeichnet, dass die Brechungsindizes der Flüssigkeit und des Festkörperanteils der porösen Funktionsschicht um weniger als 0,1 voneinander abweichen.
  2. Optisch schaltendes Element nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltvorgang von transparent auf opak (streuender Zustand) passiv durch einen umweltbedingten Einfluss, vorzugsweise durch einen umweltbedingten Energieeintrag, insbesondere durch Sonneneinstrahlung, ausgelöst wird.
  3. Optisch schaltendes Element nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltvorgang von opak (streuender Zustand) auf transparent aktiv durch Heizen der Flüssigkeit, vorzugsweise in einem Flüssigkeitsreservoir, und/oder von transparent auf opak durch Heizen der Funktionsschicht ausgelöst wird.
  4. Optisch schaltendes Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffphase der porösen Funktionsschicht aus Hydroxypropylcellulose, Alginatsäure, einem Fluorpolymer, vorzugsweise Perfluorethylenpropylen, Perfluoroalkoxy-Polymer, Polychlortrifluorethylen, Ethylen-Tetrafluorethylen, Polyvinylidenfluorid, insbesondere Polytetrafluorethylen, besteht.
  5. Optisch schaltendes Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit transparent, vorzugsweise Wasser oder eine transparente organische Flüssigkeit (Alkohol, Keton, Ester, Cycloalkan), insbesondere Ethanol ist.
  6. Optisch schaltendes Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Funktionsschicht eine poröse Folie, Membran oder ein Filter ist.
  7. Optisch schaltendes Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Funktionsschicht aus einer getrockneten Dispersion von Partikeln (Kugeln, Fasern, andere Geometrien) besteht.
  8. Optisch schaltendes Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (Trägermaterial der Funktionsschicht) transparent oder transluzent, vorzugsweise ein transparentes Polymer (Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polycarbonat), insbesondere Polymethylmethacrylat oder Glas ist.
  9. Optisch schaltendes Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten des optisch schaltenden Elements (Substrat – Trägermaterial der Funktionsschicht, poröse Funktionsschicht, Abdeckung, Abdichtung) sowie das optisch schaltende Element selbst flexibel sind.
  10. Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Funktionsschicht nach Anspruch 7 durch ein Beschichtungsverfahren, insbesondere Rakeln, Tauchziehen, Spin-Coating, Sprühen, Gießen auf das Substrat.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht bei Temperaturen über 150°C ausgehärtet wird.
  12. Verwendung des optisch schaltenden Elements nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Verglasung, Fenster, technische Abschattung, Überhitzungsschutz (z. B. für Solarkollektoren), architektonisches Gestaltungselement, Überdachung, Oberlicht oder Einhausung.
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