От технологии Double Silver - до «умных» стекол и стеклянной электроники - «Технологии строительства»

Какое стекло нужно российскому потребителю сегодня, и какое потребуется уже завтра. На этот вопрос, пожалуй, лучше всего ответят ученые. Наш сегодняшний разговор – с заместителем начальника цеха нанесения покрытий по НИОКР компании «Pilkington Glass Russia», автором более 20 научных работ и соавтором 11 патентов энергосберегающих покрытий на стекле Дмитрием БЕРНТОМ.

- Дмитрий, вы занимаетесь, по сути, изобретением стекла с новыми свойствами. Какое стекло, на ваш взгляд, больше подходит для российского региона?

- Когда зарубежные компании привносили на российский рынок свои стекольные технологии, они исходили из того, что Россия – это, в первую очередь, «там, где холодно». Поэтому готовили для России продукты с ярко выраженными низкоэмиссионными свойствами – то есть, сниженной способностью к передачи тепла из помещения на улицу.

На самом деле это несколько ошибочный взгляд на нашу российскую погоду. Большая часть России находится в зоне умеренно-континентального климата; у нас долгая зима, но одновременно с этим короткое, но достаточно жаркое лето. Есть выраженное межсезонье – осень и весна. И среднему обывателю в сегменте жилых строений, думаю, вовсе не хочется получить продукт, который создавал бы избыточный эффект термоса.

Магнетронная установка для нанесения энергоэффективных покрытий на заводе Pilkington Glass Russia

Так какое же стекло для нас подходит? Думаю, оптимальным для потребителя на большей части территории РФ является продукт, который не был бы лучшим с точки зрения какого-то одного параметра – например, только коэффициента излучательной способности или сниженного коэффициента светопередачи – а обладал бы оптимальным балансом по всем своим параметрам. Это должен быть продукт с низкой излучательной способностью (такую дает низкоэмиссионное стекло с напылением из одного слоя серебра), но не слишком низкой, чтобы не создавать эффект парника.

Дальше, это должен быть продукт многофункциональный, обладающий качествами Double Silver продуктов, изготовленных по технологии двойного серебряного напыления, - снижающий также поступление солнечного жара в помещение в наиболее жаркие солнечные дни. Но опять же, это качество не должно быть избыточным, чтобы, например, ранней осенью, еще до начала отопительного сезона, но, когда уже достаточно холодные ночи и вечера, здание могло достаточно прогреваться за счет солнечного теплопритока в течение укорачивающегося светового дня.

Это должен быть продукт достаточно прозрачный, потому что у нас в средней полосе достаточно много пасмурных дней. И чем дольше люди, приходя с работы, смогут не включать свет, тем больше будет экономия электроэнергии.

Ну и, наконец, этот продукт должен быть привлекательным с точки зрения цены.

- Дмитрий, насколько нам известно, компания Pilkington разработала такое стекло под российского потребителя. Оно называется Lifeglass. Какую научную проблематику пришлось решать, работая над стеклом Lifeglass с двойным магнетронным напылением?

- Вначале я бы все-таки вернулся к самой технологии двойного серебряного напыления – Double Silver. Именно ее мы приняли за основу для нашей разработки.

Смотрите, обычное стекло достаточно свободно переизлучает поглощенную тепловую энергию. Коэффициент излучательной способностью стекла близок к  90%. Допустим, мы нагрели стекло, установив его в помещении. 90% этой энергии стекло переизлучит дальше на улицу. Мы, по сути дела, за свои деньги греем улицу. Решение этой проблемы становилось все более актуальным по мере того, как архитекторы увеличивали площади светопрозрачных конструкций.

Для того, чтобы минимизировать излучательную способность стекла, было предложено несколько решений, наиболее востребованное – нанесение тонкой пленки серебра и ряда сопутствующих слоев, которые помогают ее росту, предохраняют от внешних воздействий. Серебряная пленка отражает инфракрасное излучение, снижая общий коэффициент излучательной способности такой структуры (стекло+пленка) не менее чем до 4%. В сравнении с 90%, это существенно.

Но оставалась проблема проникновения солнечного жара в помещение. Для решения этой проблемы, толстый серебряный слой был разделен на два более тонких слоя, индивидуальная толщина которых была одного порядка с толщиной Single Silver на низкоэмиссионных продуктах. А между ними поместили промежуточный диэлектрический слой.

На основании технологии «двойного серебрения» удалось добиться следующего эффекта. Продукт, построенный по концепции «разделения толстого серебряного отражателя», сохранил качества Single Silver, (низкоэмиссионного стекла) – как по величине коэффициента излучательной способности, так и по светопрозрачности - обретя при этом ограничивающие способности по отношению к поступлению солнечного жара в помещение.

Вакуумные камеры коатера завода Pilkington Glass Russia

- Вы доработали продукт, привнеся свое ноу-хау…

- Совершенно верно. Мы решили уменьшить суммарную толщину серебра в тех двух слоях, которые заложены в технологии Double Silver, приведя ее к уровням, близким к толщине одинарного слоя серебра в обычных низкоэмиссионных стеклах. Что это нам дает? Стекло приобретает оптимальные, с точки зрения изложенных выше климатических предпосылок, качества низкоэмиссионного (энергоэффективного) стекла, обладая при этом дополнительно так же оптимизированной способностью защищать помещение от солнечного жара.

Но тут перед нами встала чисто практическая задача, которую нужно было решить: как существенно уменьшить толщины каждого из двух слоев серебра? И здесь мы столкнулись с определенной сложностью. Дело в том, что, начиная с некоторой нижней пороговой толщины, тонким слоям серебра не свойственно находиться в состоянии равномерных тонких пленок. При попытке смоделировать такие пленки серебро сворачивается в  небольшие глобулы микронных размеров.  Они начинают рассеивать свет видимого диапазона, и мы видим это на стекле в виде нежелательной белесой патины. Примерно также ведут себя старые зеркала, на которых видны белесые потеки.

Мы смогли решить эту проблему с помощью каталитических эффектов: используя предосаждение перед нанесением каждого слоя серебра соответствующего химического катализатора и создавая таким образом условия, чтобы серебру было выгодно сохранять форму тонкой равномерной пленки.

В итоге получилось инновационное стекло Lifeglass.

- Сложно было внедрять ваше новшество в производство?

- Что касается – как непосредственно идеи каталитической компенсации экстинкционирования серебряных слоев Lifeglass (так это звучит на научном языке), так и трансфера технологии  Double Silver с европейских площадок в целом  – то внедрение потребовало апгрейда производственной линии для того, чтобы она могла справляться с увеличенным количеством индивидуальных, и в т.ч. серебряных, слоев выпускаемых тонкопленочных структур.

 Когда же трансфер был обеспечен всем необходимым в технологическом плане, проблема свелась к обеспечению самой идеи, стоящей за продуктом, ее маркетинговому продвижению. Надо было показать, в чем рыночное преимущество продуктов Double Silver по сравнению со стеклами с одинарным напылением. То есть, клиент должен был понять, за что он доплачивает.

Сравнительная таблица стекол с серебряными напылениями

- Дмитрий,  каким, на ваш взгляд, будет стекло будущего? Каких новшеств нам следует ожидать?

- Из наметившихся трендов, которые будут реализовываться в ближайшие 10-20 лет, я бы назвал тренд ко все большему использованию сверхтонкого стекла таких толщин, на которых оно проявляет свойства практически свободного гнутья. То есть такие листы стекла можно будет сворачивать в рулоны.

Кроме того, это развитие технологий так называемых smart-стекол, которые изменяют свои оптические характеристики – например, светопрозрачность – под воздействием внешних факторов: электрохромные, фотохромные, термохромные стекла. Например, стекла с электрохромными покрытиями становятся менее прозрачными при пропускании через них электрического тока. У подобных продуктов - с помощью любого гаджета - можно регулировать степень тонировки.

Еще один тренд - расширение рынка стекол с функциональными покрытиями - каким-то дополнительным функционалом помимо энергоэффективности. Это, например, «Bird-friendly» glass – «дружелюбное» к птицам стекло. Это сейчас набирающая популярность проблематика. Птицы, видя отражение деревьев, неба в полностью стеклянном и сильно отражающем фасаде, летят на него и разбиваются. Идея состоит в том, чтобы наносить на стекло покрытие в виде тонкосегментированной сетки – эта сетка будет видна в ближнем ультрафиолетовом диапазоне и незаметна глазу человека, но птицы будут ее видеть.

- А если заглянуть в далекое будущее?..

- Это, безусловно, стекло с большим количеством добавленных «умных» свойств. Стекло, совмещающее в себе свойства управляемого локального затемнения через контролируемое перераспределение поглощающей способности и оптического пропускания, а также светоизлучения с собственной поверхности. То есть, мы на пути к стеклу, которое способно стать дисплеем: принимать информацию и отображать ее, причем как по всей поверхности листа, так и в выбранной области.

Здесь нужно упомянуть и о стекле, токопроводящем в объеме. Если мы научимся делать такое стекло, это произведет настоящую революцию в технике.

Убежден, стекло постепенно будет переходить в разряд универсального материала. Мы будем говорить, например, о светопрозрачных конструкциях с использованием полимерных и пластиковых материалов, со-ламинированных со сверхтонким стеклом, снабженным рядом специальных покрытий, внедренных в саму структуру стекломассы, которые будут обеспечивать ей различные функциональные свойства. За таким стеклом будущее!

Беседовала Елена МАЦЕЙКО