研究人员开发了一种新的易于使用的智能光学薄膜技术，该技术允许智能窗户设备根据周围的光线条件在透明和不透明状态之间自主切换。所提出的具有高度周期性网络结构的 3-D 混合纳米复合薄膜已凭经验证明其高速和性能，使智能窗能够量化和自调节其高对比度光学透射率。作为概念证明，使用所提出的智能光学膜实现了用于物联网 (IoT) 应用的支持移动应用程序的智能窗口设备，并成功扩展到 3 x 3 英寸的规模。这种节能且具有成本效益的技术在未来需要有源光传输调制的各种应用中具有广阔的前景。
近年来，用于隐私保护窗、零能耗建筑和光束投影屏幕等智能应用的灵活光传输调制技术备受关注。使用外部刺激(如电、热或光)来调制光传输的传统技术由于响应速度慢、不必要的颜色切换以及耐用性、稳定性和安全性低而应用有限。
通过控制非周期性二维表面结构上的光散射界面实现的光学传输调制对比度通常也很低，这些结构通常具有低光密度，例如裂缝、皱纹和柱子。此外，由于光散射界面暴露在外且未经过任何钝化，因此它们容易受到外部损坏并可能失去光传输调制功能。此外，表面上随机存在的面内散射界面使得大面积均匀调制变得困难。
受这些限制的启发，由材料科学与工程系 Seokwoo Jeon 教授和土木与环境工程系 Jung-Wuk Hong 教授领导的 KAIST 研究团队使用邻近场纳米图案化 (PnP) 技术，该技术可有效产生高周期性 3 -D 混合纳米结构和原子层沉积 (ALD) 技术，可以精确控制氧化物沉积和半导体器件的高质量制造。
物联网 (IoT) 应用演示：自调节机械响应智能窗口 (MSW) 设备和光束投影屏幕。信用：KAIST
然后，该团队成功地生产了尺寸为 3 x 3 英寸的大型智能光学薄膜，其中超薄氧化铝纳米壳插入弹性体之间，形成周期性 3-D 纳米网络。
这种具有高度周期性网络结构的“机械响应”3-D 混合纳米复合薄膜是目前最大的智能光传输调制薄膜。该薄膜已被证明具有最先进的光学透射调制，在可见光波长下，从 90% 的初始透射率到应变下散射状态下的 16%，最高可达 74%。其耐用性和稳定性已通过超过 10,000 次苛刻的机械变形测试(包括拉伸、释放、弯曲和放置在高达 70°C 的高温下)证明。使用这种薄膜时，智能窗装置的透光率会在一秒内根据周围的光线条件迅速自动调整。
通过这些实验，确定了异质界面中发生的光学散射现象的基本物理原理。他们的研究结果于 4 月 26 日在Advanced Science的网络版上发表。KAIST 教授 Jong-Hwa Shin 的小组和新罗大学的 Young-Seok Shim 教授也参与了该项目。
Donghwi Cho，博士 KAIST 材料科学与工程候选人、该研究的共同主要作者说：“我们的智能光学薄膜技术可以通过相对简单的操作原理，以较低的能耗和成本更好地控制高对比度的光学透射率。”
“当这项技术通过简单地将薄膜贴附到传统的智能窗玻璃表面而不更换现有的窗户系统时，可以实现快速切换和均匀着色，同时确保耐用性、稳定性和安全性。此外，它的应用范围很广对于可拉伸或可卷曲的设备，例如用于光束投影屏幕的壁式显示器，也将满足美学需求，”他补充道。