تیمی از محققان در دانشگاه ام آی تی توانستند راهی جدید برای ساختن شیشه‌ای که می‌تواند بین شفاف بودن و دودی شدن متغیر باشد، پیدا کنند. این شیشه پتانسیل این را دارد که در مصرف انرژی، به کمک جلوگیری کردن از ورود نور خورشید در روزهای گرم و در نتیجه کم کردن هزینه‌های تهویه هوا، صرفه جویی کند؛ که نسبت به شیشه‌های تیره شوندهٔ موجود، این روش جدید با سرعت بیشتر و  انرژی مصرفی کمتر، نقاط قوت زیادی دارد.

این شیشه از حالت شفاف به حالت تیره و یا بلعکس تبدیل می‌شود، تقریباً همه به انرژی بسیار کم یا انرژی تقریباً مساوی با صفر، برای نگه داشتن حالت جدیدش نیاز دارد و بر خلاف ماده‌های دیگر برای تبدیل رنگ، تنها به الکتریسیته نیاز دارد.

نتایج این تحقیق این هفته در مجله آنلاین شیمی در یک مقالهٔ نوشنه شده توسط پروفسور شیمی دانشگاه ام.آی.تی به نام Mircrea Dinca و دانشجوی دکترا، خالد الکابی، و همچنین Casey Wade، دانشجوی قبلی پست دکترای همین دانشگاه که اکنون استادیار دانشگاه برندایس است،  چاپ خواهد شد.

در این کشف جدید از ماده‌های الکتروکرومیک استفاده می‌شود. این ماده‌ها توانایی این را دارند که شفافیت و رنگ خود را در جواب به ولتاژ تحمیل شدهٔ خاصی تغییر دهند. با توجه به گفتهٔ دینکا این تکنولوژی بسیار متفاوت از ماده‌های فتوکرومیک است که در اشیایی مثل عینک‌ها به کار رفته می‌شود که در صورت شدیدتر شدن نور، تیره‌تر می‌شوند. این ماده‌ها در واقع جواب خیلی آرام‌تری به نور داده و تغییر زیادی در شفافیتشان ایجاد نمی‌شود.

 ماده‌های الکتروکرومیک که همین الان در بازار موجود هستند تقریباً مشکلاتی مشابه دارند و فقط توانایی این را در صنعت داشته‌اند که کارهایی غیر اختصاصی انجام دهند.

برای مثال هواپیمای بوئینگ ۷۸۷ شیشه‌های الکتروکرومیک دارد که برای جلوگیری از ورود نور شدید خورشید به داخل کابین تاریک‌تر می‌شوند.

این پنجره به کمک الکتریسیته می‌تواند تاریک‌تر شود. به گفتهٔ دینکا زمانی که کلید روشن این شیشه فعال شود، با ورود الکتریسیته به آرامی شروع به تاریک شدن می‌کند و واضح است که شما می‌خواهید این بازهٔ زمانی بسیار کوتاه‌تر باشد.

دلیل آرام بودن این روند، این است که تغییر در مادهٔ این شیشه به حرکت الکترونهای آن بستگی دارد که بدین ترتیب می‌توانند یک جریان الکتریکی را به وجود بیاورند و بدین ترتیب به کل پنجره بار منفی می‌دهند.

پس از آن، یون‌های مثبت در این شیشه شروع به حرکت می‌کنند تا توازن الکتریکی را برقرار کنند و بدین ترتیب است که رنگ آن عوض می‌شود. الکترون‌ها می‌توانند بسیار سریع حرکت کنند اما سرعت حرکت یونهای مثبت بسیار کندتر است و در نتیجه سرعت کلی این واکنش محدود می‌شود.

 تیم ام آی تی مذکور بدین ترتیب با این مشکل کنار آمدند که از ماده‌ای اسفند مانند، به نام قالب فلزی-آلی (MOF) استفاده کردند که می‌تواند رسانایی بسیار قوی برای الکترونها و یونهای مثبت با سرعت بالا باشد. تقریباً حدود ۲۰ سال است که از این ماده برای ذخیرهٔ گازها در درون ساختار اسفنجی شکل شان، استفاده می‌شود؛ اما این تیم ام آی تی برای اولین بار است که از آنها برای خواص الکتریکی و اپتیک شان استفاده می‌کند.

مشکل دیگری که با شیشه‌های خود دودی کننده موجود در بازار داریم به گفته دینکا، این است که پیدا کردن ماده‌ای که از حالت شفافیت کامل به مشکی کاملاً تیره تبدیل شود، بسیار سخت است. حتی پنجره استفاده‌شده در هواپیمای بوئینگ ۷۸۷ نیز سبز تیره می‌شود و هرگز نمی‌توان آن را تبدیل به مشکی خالص کرد.

در تحقیقات قبلی انجام‌شده روی MOF ها، دینکا و دانشجویان وی موفق به تولید ساختار ماده‌ای شدند که می‌توانست از حالت شفاف به رنگ‌های آبی یا سبز دربیاید؛ اما در این ترکیب جدید که به‌تازگی وارد بازار شده است آن‌ها توانسته‌اند به هدف چندساله‌شان که تولید لایه‌ای بود که می‌توانست از شفافیت کامل به مشکی بسیار نزدیک شود (که به‌وسیلهٔ ترکیب دورنگ کامل‌کننده هم، سبز و قرمز امکان‌پذیر شد) دست پیدا کنند.

در این مادهٔ جدید که از ترکیب دو مادهٔ شیمیایی، یک مادهٔ آلی و یک نمک فلزی به وجود می‌آید، با مخلوط کردن این ترکیبات باهم، به‌طور خود به خودی تبدیل به یک‌لایه نازک‌تر همانند طلق می‌شود که قابلیت تغییر رنگ به مشکی تیره را داراست. مردم با دیدن اینکه این‌قدر سریع یک ماده می‌تواند از شفافیت کامل به مشکی بسیار نزدیک شود هیجان‌زده هستند.

این پنجره‌های جدید قابلیت این را دارند که بسیار بیشتر از جلوگیری از اشعه‌ی مضر خورشید عمل کنند، این شیشه‌ها می‌توانند راه‌حل مناسبی برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی باشند. بدین ترتیب که در ساختمان‌هایی که در مناطق گرمسیر پنجره‌های شیشه‌ای بسیار دارند به کمک آن‌ها می‌توان از ورود گرمای بیش‌ازحد خورشید، جلوگیری کرد.

با ورود کوچک‌ترین اشعهٔ خورشید می‌توانید تنها با زدن یک کلید پنجره را تاریک کنید و یا حتی به‌صورت خودکار یک سمت کلی ساختمان را تیره کنید و از گزند آفتاب در امان نگاه‌دارید.

 درحالی‌که مشخصات این ماده در شرایط آزمایشگاهی به‌طورکلی تعریف‌شده‌اند، مرحله بعدی کارگروهی این گروه این است که نمونه‌ای در اندازه کوچک درست کنند که بتوانند آزمایش‌ها بعدی را روی این مدل انجام دهند که به این منظور یک نمونه به مساحت یک اینچ مربع را تهیه‌کرده‌اند تا بتوانند اتفاقاتی که روی آن می‌افتد را برای سرمایه‌گذاران روی این صفحه از همین تکنولوژی به‌سادگی توضیح دهند و علاوه بر این، بتوانند تا حدودی مشخص کنند که هزینهٔ پنجره‌های این‌چنینی، حدوداً چقدر خواهد شد.

به گفتهٔ دینکا  به آزمایش‌ها بعدی نیاز هست تا بتوانند آنچه را از آزمایش‌ها اولیه متوجه شده‌اند، به‌وضوح بیان کنند. برای مثال اگر کلید فشرده شود، رنگ این ماده عوض می‌شود و به نیروی جدید و انرژی بیشتری برای نگه‌داشتن این حالت نیاز نخواهد داشت. مگر اینکه قرار باشد دوباره این ماده را به حالت اولیه خود برگردانیم، و مهم نیست که این حالت اولیه شفاف باشد یا سیاه.

برخلاف این، ماده‌های دیگر الکتروکرومیک موجود در بازار به ورود دائمی جریان برق نیاز دارند.  علاوه بر استفاده در پنجره‌های هوشمند، به گفتهٔ دینکا از این ماده می‌توان در برخی از انواع نمایشگرهای کم انرژی استفاده کرد. به‌طور مثال می‌توان به نمایشگرهایی مانند جوهر الکترونیک که در دستگاه‌هایی مانند کیندل استفاده می‌شوند و بر پایهٔ تکنولوژی ارائه‌شده توسط ام آی تی هستند اشاره کرد. هرچند شاید مجبور به عوض کردن طرز استفاده از آن شویم.

عمر ک.  فرحا، استاد تحقیقات رشته شیمی در دانشگاه شمال غربی آمریکا، که در این پروژه شرکت نکرده بود می‌گوید: "من هر بار که شروع به خواندن مقاله‌ای جدید از گروه دینکا می‌کنم، اطمینان دارم که در مورد کشفیات بسیار جالب و حقایق علمی بسیار دقیق خواهم خواند و این مقاله هم از این قاعده مستثنا نبود" وی افزود که با توجه به اینکه این ماده نسبت به بقیه ماده‌ها بسیار سریع‌تر قابلیت تغییر رنگ را دارد "امکان اینکه در نسل جدید بوئینگ از این تکنولوژی استفاده شود، اصلاً دور از انتظار نیست."

شاید دور از ذهن نباشد که کمپانی اسپانسر این تحقیقات، در منطقه‌ای واقع‌شده است که در آن نصب پنجره‌هایی که جلوی ورود نور خورشید را می‌گیرند، بسیار مفید واقع خواهد شد. این کمپانی که در کشور امارات متحده عربی است و به نام "مصدر" شناخته می‌شود، با دانشگاه ام آی تی قراردادی در این مورد امضا کرده بود.

علاوه بر این کمپانی، تحقیق انجام‌شده از پشتیبانی ارگان‌های دیگر نیز بی‌بهره نماند که می‌توان در بین آن‌ها به سازمان انرژی آمریکا اشاره کرد که از طریق مرکز پیشروی انرژی خود به نام مرکز Excitonics اقدام کرد.