Sommario Vetri e ceramici - materiali nuovi o antichi? - applicazioni innovative Materiali ed energia Celle a combustibile SOFC Vetrate per l edilizia Ceramici piezoelettrici I nuovi materiali per le tecnologie del futuro: vetri e ceramici innovativi per produrre e conservare l energia 1
Vetrate per l edilizia Caratteristiche tecniche fondamentali - sicurezza - resistenza meccanica - trasmissione luminosa - prestazioni termiche - assorbimento energetico - isolamento acustico - resistenza al fuoco - montaggio - manutenzione progettazione prescrizione normative I nuovi materiali per le tecnologie del futuro: vetri e ceramici innovativi per produrre e conservare l energia 2
Consumo di energia negli edifici Hot water 14% Electricity 14% I nuovi materiali per le tecnologie del futuro: vetri e ceramici innovativi per produrre e conservare l energia 3
Parete vetrata comune h i = 8 W/(m 2 C) d 1 d 2 R s resistenza termica dell intercapedine s h e = 25 W/(m 2 C) conducibilità termica del vetro λ 1 = λ 2 = 1 W/(m C) I nuovi materiali per le tecnologie del futuro: vetri e ceramici innovativi per produrre e conservare l energia 4
Dispersione di energia trasmittanza termica (W/m 2 C): U = 1 + d 1 +R s + d 2 + 1 h i λ 1 λ 2 h e 1 temperatura di parete interna: T i = T 0i U h i ΔT i e Esempio : d 1 = d 2 = 4 mm, s = 12 mm, T 0i = 20 C, T 0e =0 C U = 2.9 W/m 2 C = 58 W/m 2 se la superficie vetrata è pari a 100 m 2 si dissipano 5.8 kw T i = 12.8 C I nuovi materiali per le tecnologie del futuro: vetri e ceramici innovativi per produrre e conservare l energia 5
Radiazione elettromagnetica 3% 42% 55% I nuovi materiali per le tecnologie del futuro: vetri e ceramici innovativi per produrre e conservare l energia 6
Dispersione di energia controllata h i = 8 W/(m 2 C) d 1 R s d 2 U = R i + d i + R s λ i + R e 1 s h e = 25 W/(m 2 C) R i = 1/ h i R e = 1/h e R s = ( h conv + h rad ) 1 2 3 emissività λ gas (W/m C) h rad = 4 σ (1/ε 2 + 1/ε 3-1) -1 T 3 h conv = λ gas /s σ = cost. di Stefan-Boltzman = 5.67 x 10-8 W/m 2 /K 4 T = temperatura media I nuovi materiali per le tecnologie del futuro: vetri e ceramici innovativi per produrre e conservare l energia 7
Importanza dell emissività, ε ε = 1 per corpo nero altrimenti ε < 1 I nuovi materiali per le tecnologie del futuro: vetri e ceramici innovativi per produrre e conservare l energia 8
Parete vetrata avanzata lastre rivestite con ossidi, nitruri, carburi o metalli (spessore < 1 µm) e intercapedine con gas h i = 8 W/(m 2 C) d 1 R s d 2 ε vetro = 0.837 s h e = 25 W/(m 2 C) Esempio: d 1 = d 2 = 4 mm, s = 12 mm, gas = argon, ε 2 = 0.17 U = 1.6 W/m 2 C I nuovi materiali per le tecnologie del futuro: vetri e ceramici innovativi per produrre e conservare l energia 9
Tipologie di vetrate isolante basso-emissiva assorbente/disperdente a controllo solare I nuovi materiali per le tecnologie del futuro: vetri e ceramici innovativi per produrre e conservare l energia 10
Tecnologia di rivestimento I nuovi materiali per le tecnologie del futuro: vetri e ceramici innovativi per produrre e conservare l energia 11
Rivestimento nanostrutturato ossido (Sn, Zn, Ti, Si, ecc.) - vari colori metallo (Ag) protettivo (SiO 2 ) vetro 500 nm I nuovi materiali per le tecnologie del futuro: vetri e ceramici innovativi per produrre e conservare l energia 12
Vetrate oscuranti OFF ON cristalli liquidi - rivestimento elettrocromico (WO 3 ) I nuovi materiali per le tecnologie del futuro: vetri e ceramici innovativi per produrre e conservare l energia 13
Materiali elettrocromici vetri foto-elettrocromici WO 3 + nx + ne - X n WO 3 trasparente colorato X = H, Li, Na, K, n = 0 0.3 Journal of The Electrochemical Society, 146(11) 4324-4326 (1999) I nuovi materiali per le tecnologie del futuro: vetri e ceramici innovativi per produrre e conservare l energia 14
Vetrate fotovoltaiche I nuovi materiali per le tecnologie del futuro: vetri e ceramici innovativi per produrre e conservare l energia 15
Vetrate fotovoltaiche: materiali e strutture n-type Si MRS BULLETIN VOLUME 33 APRIL 2008 I nuovi materiali per le tecnologie del futuro: vetri e ceramici innovativi per produrre e conservare l energia 16
La casa del futuro (prossimo!) Bulletin of the American Ceramic Society, Vol. 87, No. 9, 2008 I nuovi materiali per le tecnologie del futuro: vetri e ceramici innovativi per produrre e conservare l energia 17
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Materiali ferroelettrici polarizzazione di saturazione polarizzazione residua P = (κ-1)ε 0 E BaTiO 3 T C I nuovi materiali per le tecnologie del futuro: vetri e ceramici innovativi per produrre e conservare l energia 19
Materiali ferroelettrici (cont.) BaTiO 3 dipolo elettrico + struttura perovskitica - I nuovi materiali per le tecnologie del futuro: vetri e ceramici innovativi per produrre e conservare l energia 20
Materiali ferroelettrici (cont.) domini ferroelettrici 100 µm I nuovi materiali per le tecnologie del futuro: vetri e ceramici innovativi per produrre e conservare l energia 21
Materiali piezoelettrici ferroelettrici raffreddati alla T C sotto campo elettrico 100 µm I nuovi materiali per le tecnologie del futuro: vetri e ceramici innovativi per produrre e conservare l energia 22
Materiali piezoelettrici (cont.) carico meccanico campo elettrico F F ΔV, campo elettrico allungamento I nuovi materiali per le tecnologie del futuro: vetri e ceramici innovativi per produrre e conservare l energia 23
Ceramici piezoelettrici barium titanate (BaTiO 3 ) lead titanate (PbTiO 3 ) lead zirconate titanate (Pb[Zr x Ti 1 x ]O 3 0<x<1) - PZT potassium niobate (KNbO 3 ) lithium niobate (LiNbO 3 ) lithium tantalate (LiTaO 3 ) sodium tungstate (Na 2 WO 3 ) Ba 2 NaNb 5 O 5 Pb 2 KNb 5 O 15 ΔL/L E I nuovi materiali per le tecnologie del futuro: vetri e ceramici innovativi per produrre e conservare l energia 24
Energia dalle vibrazioni www.innowattech.co.il I nuovi materiali per le tecnologie del futuro: vetri e ceramici innovativi per produrre e conservare l energia 25