Sistemi elettrocromici a base di ossido di tungsteno: proprietà e applicazioni

I sistemi elettrocromici costituiscono una promettente classe di materiali in grado di modulare reversibilmente le loro proprietà ottiche in risposta all’applicazione di un impulso elettrico. Questa caratteristica li rende di particolare interesse per applicazioni tecnologiche avanzate, in cui il controllo dinamico della trasparenza e della colorazione riveste un ruolo cruciale. Il presente elaborato di tesi si focalizza sui sistemi elettrocromici inorganici, con particolare attenzione a quelli basati sull’ossido di tungsteno (WO3), uno dei materiali più studiati e utilizzati nel settore grazie alle sue eccellenti proprietà elettrocromiche, elevata stabilità chimica e facilità di fabbricazione. In una prima parte, viene fornita una panoramica generale sul fenomeno dell’elettrocromismo, dai meccanismi fisico-chimici che lo governano ai principali materiali inorganici impiegati, tra cui meritano di essere menzionati, oltre al succitato WO3, altri ossidi di metalli di transizione come NiO e V2O5. Si analizzano le diverse configurazioni dei dispositivi elettrocromici e i criteri per la scelta dei materiali per applicazioni commerciali, con riferimento a parametri quali tempo di risposta, contrasto ottico, efficienza di resa cromatica e stabilità nel tempo. Il cuore della trattazione è dedicato all’ossido di tungsteno: ne vengono esaminate in dettaglio la struttura cristallina, il meccanismo elettrocromico e le diverse modalità di sintesi e deposizione (come sol-gel, sputtering e CVD). Infine, la tesi esplora l’applicazione dell’ossido di tungsteno nelle cosiddette smart windows, vetri “intelligenti” capaci di modulare il passaggio della luce e del calore in funzione di un segnale elettrico. Si discutono i vantaggi in termini di comfort visivo e di riduzione dei consumi negli edifici, oltre a considerazioni tecniche e commerciali legate alla realizzazione su scala industriale di questi dispositivi.