Anti-verblindingsspiegel helpt automobilist in het donker

Laat nog onderweg, met in de achteruitkijkspiegel de oogverblindende koplampen van een achterop komende vrachtwagen. Voor dit probleem ontwerpt TNO een slimme spiegel, die zichzelf verduistert als de bestuurder verblind dreigt te raken. De meeste autospiegels kun je in twee standen klappen, onder een hoek wordt zo'n spiegel wat grijzer.

'Maar het blijft vervelend, want daarvoor moet je je stuur loslaten. Een spiegel die zelf kijkt hoeveel licht erop valt en dan verkleurt is veel handiger' zegt onderzoeker dr. A.D. Kuypers. Hij werkt bij de afdeling Anorganische Materiaalchemie van de Technisch Physische Dienst van TNO in Eindhoven. 'Je maakt er een sensor op, die precies meet hoeveel licht er doorheen valt', aldus Kuypers. 'Dat wordt doorgegeven aan een intelligente schakeling. Door een flinterdun laagje aan te brengen, dat verkleurt onder invloed van een elektrisch veld, kun je de spiegel bijvoorbeeld snel donkerblauw laten kleuren, zodat hij minder reflecteert. Als je de spanning daarna omkeert wordt de spiegel weer transparant en dat kun je steeds herhalen. Het effect moet volledig omkeerbaar zijn, want aan een laag die maar éénmaal verkleurt heb je natuurlijk niets.'

De aangebrachte laag is van nature transparant en niet dikker dan een micron (een duizendste millimeter). Onder de microscoop ziet deze laag eruit als een spons. Deze 'spons' kan worden gevuld met geladen deeltjes (ionen), die vanuit een reservoir worden aangevoerd onder invloed van een elektrisch veld. Naarmate de spons zich volzuigt, wordt de verkleuring sterker, en door het elektrisch veld daarna om te keren worden de ionen teruggejaagd naar hun opslagplaats. Tussen de 'sponslaag' en het opslagreservoir is een geleidend transportlaagje, een elektroliet, nodig.

Zo'n laag die door het opnemen van elektronen verkleurt heet een elektrochrome laag. Hij bestaat uit poreus amorf wolfraamoxide (WO). Om deze laag aan te brengen wordt een gasvormige, koolstofhoudende (organische) verbinding die wolfraam (W) bevat, samen met zuurstof (O) over de verwarmde glasplaat geleid. Door de warmte wordt het organische 'dragermolecuul' afgebroken, het wolfraam blijft achter en verbindt zich met zuurstof tot wolfraamoxide, terwijl de organische resten met een vacuümpomp worden weggepompt. Deze manier van opdampen heet Metaal-Organische Chemische Vorming uit Damp (Metal Organic Chemical Vapour Deposition). Het is een nieuwe techniek.

Sneeuw en hagel

'In Amerika zijn anti-verblindingsspiegels al sinds 1989 op de markt en je vindt ze nu ook in Europese auto's, maar die spiegels worden volgens een ander procédé gemaakt,' aldus Kuypers. 'Daar kleven wel bezwaren aan. Ze werken nog te traag, de levensduur laat te wensen over en bovendien zijn de methoden meestal gepatenteerd. Europese autofabrikanten mogen zulke spiegels wel in licentie verkopen, maar willen er zelf ook graag mee aan de slag en daarom zijn ze bij TNO terechtgekomen. Wij proberen nu een ander, en ook beter proces te ontwerpen.'

De huidige modellen zijn vrij duur, enkele honderden guldens, leuk voor de duurdere Mercedes. Voor een bredere toepassing zou de prijs omlaag moeten naar enkele tientjes.

Voor vrachtwagens, die vaak 's nachts onderweg zijn, lijkt de anti-verblindingsspiegel ideaal. Daarbij worden extra hoge eisen aan het materiaal gesteld. Vooral de buitenspiegels staan bloot aan stof, sneeuw en hagel, waardoor het materiaal kan krassen, en als je ermee de woestijn inrijdt kan de sponsachtige laag door de hitte vervormen. Door nieuwe toevoegingen aan het materiaal of veranderingen in de structuur hoopt TNO de levensduur (die nu vijf tot tien jaar bedraagt) te verlengen en het materiaal beter bestand te maken tegen warmte en UV-licht. Het ideaal is een spiegel die probleemloos een miljoen maal kan verkleuren en weer ontkleuren. Daarnaast wordt gewerkt aan materialen voor de vereiste tegenelektrode (bijvoorbeeld vanadiumoxide) en de tussenliggende elektroliet.

Ook het produktieproces wordt onderzocht. 'Een gewone spiegel is niet meer dan een glasplaat met daarachter een laagje zilver of aluminium,' zegt Kuypers. 'Je zou de verkleurende laag tussen het glasplaatje en de spiegelende laag kunnen aanbrengen. Maar voor de produktie is het misschien handiger om verkleurende laag en de opslaglaag op twee aparte glasplaatjes aan te brengen, met daartussen de elektroliet die dan tevens als lijmlaag dient.'

Zover is men nog niet. Pas enkele weken geleden is voor het eerst een mooie laag opgebracht, die het verkleurende effect vertoont. Kuypers: 'Naast wolfraamoxide zijn er nog andere materialen bekend die een soortgelijk effect vertonen. Je moet afwegen wat het beste werkt en wat het goedkoopst te maken is. Soms kopen mensen toch liever een wegwerpprodukt. De spiegel hoeft niet langer te leven dan de auto zelf!'

Schakelbaar glas

Heeft men de elektrochroomtechnologie eenmaal in de vingers, dan zijn de toepassingsmogelijkheden legio. Vensterglas dat vanzelf donkerder wordt bijvoorbeeld, of een zonnedak in de auto.

Het verkleuringseffect werkt ook in het infrarood, zo wordt dus naar believen zonnewarmte doorgelaten of geweerd. Er bestaan al zonnebrillen die onder invloed van zonlicht verkleuren, maar die processen werken akelig traag en zijn dus voor een anti-verblindingsspiegel zeker niet geschikt.

Naast het project voor achteruitkijkspiegels lopen bij TNO ook een project voor vensterglas en, in samenwerking met Philips, een project voor TV-schermen die bij daglicht een beter, contrastrijk beeld geven.

Schakelbaar glas ('switchable glass'), waarbij je de lichtdoorlatendheid kunt regelen, spreekt al jaren tot de verbeelding. Wereldwijd wordt er al decennia lang veel onderzoek naar gedaan.

Naast elektrochrome lagen - die van nature helder zijn en onder invloed van een elektrische stroom ondoorzichtig worden - wordt ook gewerkt met liquid crystals, vloeibare kristallen, die juist van nature ondoorzichtig zijn en onder invloed van stroom helder worden. In digitale horloges, die de tijd aangeven na een druk op de knop, komt men zulke liquid crystals tegen. Voor toepassingen op grotere schaal - bijvoorbeeld voor een zonwerende ruit - geldt als bezwaar dat dan voortdurend stroom moet worden verbruikt om de ruit helder te houden. Becijferd is, dat dat zo'n 10 gulden per vierkante meter glas per jaar kost en daarmee zou de besparing op kosten voor airconditioning weer teniet gedaan zijn.

Elektrochroom glas vraagt veel minder stroom, alleen eventjes tijdens het schakelen. De toepassingen liggen in de eerste plaats in de auto-industrie. Daar wordt op alle fronten gewerkt om het comfort voor de inzittenden te verhogen. In de toekomst kan elektrochroom glas niet alleen voor anti-verblindingsspiegels, maar ook voor ruiten worden toegepast, als men er eenmaal in slaagt om grotere oppervlakten gemakkelijk met de nieuwe materialen te bekleden. Voorlopig is het opdampen van een klein spiegeltje al een hele kunst. Bovendien zijn de huidige materialen niet voldoende UV-bestendig.

In de toekomst valt bijvoorbeeld te denken aan een auto met elektrochrome ramen die vanzelf donker worden als je in de brandende zon geparkeerd staat, terwijl je alle ruiten met een druk op de knop weer helder maakt als je gaat rijden. Ook een glazen zonnedak dat bijtijds verkleurt om de auto koel te houden lijkt aantrekkelijk. In taxi's zou de scheidingsruit tussen chauffeur en passagiers van een zelfkleurende laag voorzien kunnen worden, zodat men het raam naar believen helder of ondoorzichtig kan maken.

Ook in de architectuur zijn er allerlei mogelijkheden denkbaar. Je zou de serre, die te warm wordt, in een handomdraai kunnen verduisteren en hoeft dan niet de hele dag de airconditioning te laten loeien. Ook voor hoge kantoorflats lijkt schakelbaar glas zeer aantrekkelijk, omdat het de voordelen van beweeglijke zonwering (eigen baas) combineert met de voordelen (weinig onderhoud, niet windgevoelig) van spiegelend glas. Binnen het kantoren kunnen verkleurbare ruiten tussen de bureaus worden aangebracht, om de privacy desgewenst te verhogen. Zulke binnenscheidingen zijn in Amerika al op de markt, maar voor de buitentoepassingen geldt, dat er hoge eisen aan het materiaal worden gesteld, terwijl het glas zeker vijftien tot twintig jaar mee moet gaan, en zover zijn de ontwerpers nog niet. Voorlopig liggen de beste kansen dan ook in de auto-industrie, waar het om minder grote investeringen gaat, die ook eerder afgeschreven zijn.