\t\t\t\t\t\tMaterialforschung<\/p>\n
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\u00a022. November 2025 20:31
\n\t\t\t\t\t\t\t\u00a0Dennis L.\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/p>\n
\n\t\t\t\t\t\t\t(KI Symbolbild). Ein smartes Fenster zeigt nebeneinander einen transparenten und einen abgedunkelten Bereich, w\u00e4hrend die Umgebung unver\u00e4ndert hell bleibt. Die Glasoberfl\u00e4che tr\u00e4gt eine kaum sichtbare elektrochrome Beschichtung, die ihr Erscheinungsbild auf Knopfdruck ver\u00e4ndert. Im Hintergrund ist ein moderner Innenraum zu erkennen, in dem sich die Lichtsituation zwischen den beiden Fensterbereichen deutlich unterscheidet. So wird sichtbar, wie die Steuerung von Lichtdurchlass und W\u00e4rmestrahlung direkt im Glas stattfinden kann.<\/p>\n
\t\t\t\t\t\t\t\t)IKnessiW dnu gnuhcsroF(Foto: \u00a9\u00a0<\/p>\n
Verglasungen bestimmen ma\u00dfgeblich, wie viel Sonnenlicht und W\u00e4rme in Geb\u00e4ude gelangen \u2013 und damit, wie hoch der Energiebedarf f\u00fcr Heizung, K\u00fchlung und Beleuchtung ausf\u00e4llt. Ein neu entwickeltes elektrochromes Smartglas nutzt eine metallorganische Schicht, die ihre optischen Eigenschaften bei angelegter Spannung pr\u00e4zise ver\u00e4ndert. Der Farbwechsel reicht von nahezu farblos \u00fcber gr\u00fcn bis tiefbraun und erfolgt im Sekundenbereich. Gleichzeitig bleibt die Beschichtung \u00fcber zahlreiche Schaltzyklen stabil. Die Frage ist, ob solche Materialien den Schritt vom Laborma\u00dfstab zur gro\u00dffl\u00e4chigen Fassadenanwendung schaffen und damit zu einem wichtigen Baustein f\u00fcr energieeffiziente Geb\u00e4ude werden k\u00f6nnen.<\/strong><\/p>\n Fenster bestimmen nicht nur Ausblick und Tageslicht, sondern auch einen gro\u00dfen Teil der Energiefl\u00fcsse in Geb\u00e4uden. Weltweit entfallen rund 40 Prozent des Endenergieverbrauchs auf Geb\u00e4ude, etwa die H\u00e4lfte davon auf Heizung, K\u00fchlung und Beleuchtung. Ein erheblicher Anteil dieser Energie geht \u00fcber Verglasungen verloren, weil sie Sonnenlicht und W\u00e4rmestrahlung nur passiv durchlassen. Seit einigen Jahren arbeiten Forscher deshalb an elektrochromes Glas, dessen Lichtdurchlass und Absorption sich mit angelegter Spannung aktiv steuern l\u00e4sst. Laborprototypen wie ein dualband-elektrochromes Fenster mit Nanodrahtstruktur<\/a> zeigen, dass sich sichtbare Strahlung und Nahinfrarot separat modulieren lassen und so die Energieeffizienz von Geb\u00e4uden deutlich steigt. Damit solche Systeme \u00fcber das Labor hinaus in Fassaden einziehen, m\u00fcssen sie schnell schalten, farbstabil bleiben und \u00fcber zehntausende Zyklen zuverl\u00e4ssig funktionieren.<\/p>\n Eine zentrale Herausforderung besteht darin, Materialien zu finden, die gleichzeitig por\u00f6s genug f\u00fcr schnellen Ionentransport, chemisch stabil und in d\u00fcnnen, transparenten Schichten verarbeitbar sind. Besonders vielversprechend sind hier metallorganische Ger\u00fcstverbindungen<\/a>, kurz MOFs, die aus Metallknoten und organischen Liganden aufgebaut sind und ein fein einstellbares Porensystem besitzen. Solche Netzwerke wurden bereits genutzt, um Kohlendioxid selektiv aus feuchten Abgasen zu filtern, und lassen sich prinzipiell auch als aktive Schicht in elektrochemischen Bauelementen einsetzen. Eine ma\u00dfgeschneiderte metallorganische Ger\u00fcstverbindung vom Typ Ni-IRMOF-74 bildet nun den Kern eines smartes Fenster, bei dem d\u00fcnne, transparente Filme auf leitf\u00e4higem Glas aufgebracht werden und die optischen Eigenschaften durch wandernde Ionen gezielt ver\u00e4ndert werden k\u00f6nnen.<\/p>\n \t\t\t\t\t\t\t\tElektrochrome Fenster: Prinzip und bisherige Ans\u00e4tze<\/p>\n Elektrochromes Glas basiert darauf, dass sich beim Anlegen einer Spannung Ionen in eine d\u00fcnne aktive Schicht einlagern oder wieder herausgel\u00f6st werden und damit die optischen Eigenschaften des Materials ver\u00e4ndern. Klassische Systeme nutzen \u00dcbergangsmetalloxide wie Wolframoxid, die beim Einbau von kleinen Kationen ihre Farbe \u00e4ndern und weniger Licht durchlassen. Neuere Ans\u00e4tze koppeln mehrere elektrochrome Materialien, um sichtbares Licht und Nahinfrarotstrahlung getrennt zu kontrollieren. In der Fachzeitschrift Nano-Micro Letters<\/a> wurde etwa ein dualband-elektrochromes Fenster vorgestellt, das den Transmissionsgrad sowohl im sichtbaren Bereich als auch im Nahinfrarot um mehr als 70 Prozent modulieren kann und auch nach 10.000 Schaltzyklen nur wenige Prozent Kapazit\u00e4tsverlust zeigt. Solche Konzepte belegen, dass aktive Beschichtungen prinzipiell dauerhaft stabil bleiben k\u00f6nnen, solange Ionentransport und mechanische Spannungen im Material im Gleichgewicht gehalten werden.<\/p>\n
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\n<\/ul>\n Neben klassischen anorganischen Schichten r\u00fccken zunehmend hybride und por\u00f6se Materialien in den Fokus, weil sie den Ionentransport beschleunigen und so k\u00fcrzere Schaltzeiten erm\u00f6glichen. Por\u00f6se Nanostrukturen vergr\u00f6\u00dfern die innere Oberfl\u00e4che und bieten zus\u00e4tzliche Bindungsstellen f\u00fcr geladene Teilchen, k\u00f6nnen aber auch mechanische Schwachstellen erzeugen, wenn sich das Ger\u00fcst bei jeder Ein- und Auslagerung von Ionen stark verformt. Hier bieten metallorganische Netzwerke eine interessante Zwischenposition: Sie kombinieren die definierte Kristallstruktur anorganischer Festk\u00f6rper mit der chemischen Variabilit\u00e4t organischer Liganden. Damit lassen sich Kan\u00e4le und Hohlr\u00e4ume so entwerfen, dass Ionen m\u00f6glichst leicht diffundieren k\u00f6nnen, ohne das Gitter zu zerst\u00f6ren. Genau diesen Ansatz verfolgt das nun untersuchte System auf Basis von Ni-IRMOF-74.<\/p>\n Metallorganische Ger\u00fcstverbindung Ni-IRMOF-74 im smarten Fenster<\/p>\n\n