Các chủ nhà đều biết rằng, mẫu cửa sổ sẽ góp phần lớn vào việc sưởi ấm và làm mát hiệu quả cho ngôi nhà. Tuy nhiên, đây là một vấn đề lớn bởi việc duy trì nhiệt độ trong nhà sẽ tiêu tốn một lượng lớn năng lượng và chiếm từ 20% đến 40% ngân sách năng lượng quốc gia ở các nước phát triển.

Cửa sổ thông minh thiết kế mới thể hiện ở cả hai trạng thái, cho thấy ánh sáng khả kiến truyền qua biến đổi rất nhỏ. Nguồn: Youngblood Photonics Lab

Nghiên cứu mới của Trường Đại học Pittsburgh và Đại học Oxford đã giúp đưa mẫu cửa sổ tiết kiệm năng lượng tiến xa thêm một bước khi họ đề xuất một thiết kế "cửa sổ thông minh" mới có thể thu nguồn năng lượng mặt trời vào mùa đông để sưởi ấm ngôi nhà và phản xạ ánh sáng mặt trời vào mùa hè để giữ cho nhà mát mẻ. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí ACS Photonics gần đây và được tài trợ như một phần của Hợp tác công nghệ linh hoạt và thiết bị đeo được EPSRC.

Nathan Youngblood, Phó giáo sư kỹ thuật điện và vi tính tại Pitt, giải thích: “Đổi mới sáng tạo ở chỗ mẫu cửa sổ này có thể thay đổi theo nhu cầu theo mùa. Nó hấp thụ ánh sáng hồng ngoại gần từ mặt trời vào mùa đông và biến thành nhiệt cho bên trong tòa nhà. Vào những tháng mùa hè, mặt trời sẽ bị phản xạ thay vì bị hấp thụ”.

Màng phim được tạo thành từ một chồng vật liệu quang học có kích thước dưới 300 nanomet, một lớp hoạt tính rất mỏng được làm bằng vật liệu “thay đổi pha” có thể hấp thụ các bước sóng ánh sáng mặt trời bất khả kiến và phát ra dưới dạng nhiệt. Tương tự, có thể biến đổi chính vật liệu này để nó chuyển đổi các bước sóng ánh sáng đó. “Điều quan trọng là ánh sáng khả kiến được truyền gần như giống nhau ở cả hai trạng thái nên ta sẽ không nhận thấy sự thay đổi trong cửa sổ. Việc cân nhắc các yếu tố thẩm mỹ sẽ rất quan trọng đối với việc áp dụng các công nghệ xanh”, Youngblood lưu ý.

Vật liệu này thậm chí có thể điều chỉnh được, chẳng hạn hơn 30% vật liệu sẽ không cho phép nhiệt đi vào trong khi đó 70% hấp thụ và phát ra nó, do đó cho phép kiểm soát nhiệt độ chính xác. “Ở nghiên cứu này, chúng tôi khai thác việc điều chỉnh cách các bước sóng được truyền và phản xạ để hiệu chỉnh nhiệt độ. Những ý tưởng này đã trở thành hiện thực với sự hỗ trợ của chuyên gia lĩnh vực công nghiệp lâu năm và là kết quả của quá trình nghiên cứu lâu dài”, giáo sư Harish Bhaskaran, Khoa Vật liệu, Trường Đại học Oxford, người đứng đầu nghiên cứu cho biết.

Các nhà nghiên cứu ước tính, việc sử dụng các mẫu cửa sổ này - gồm cả năng lượng cần thiết để điều khiển tấm phim - sẽ tiết kiệm được từ 20% đến 34% nguồn năng lượng sử dụng hàng năm so với cửa sổ hai lớp thường thấy trong các ngôi nhà.

Để chế tạo và thử nghiệm nguyên mẫu của họ, các nhà nghiên cứu đã hợp tác với một số công ty, bao gồm: công ty Bodle Technologies, công ty chuyên sản xuất màng phản chiếu siêu mỏng có thể hoạt động như màn hình bằng cách kiểm soát màu sắc và ánh sáng; Eckersley O'Callaghan, chuyên gia kỹ thuật và kiến ​​trúc hàng đầu; công ty Plasma App, công ty sản xuất màng mỏng.

“Nghiên cứu này cho thấy một ứng dụng quang điện tử thú vị khác của vật liệu biến đổi pha với tiềm năng lớn, cải thiện đáng kể cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Việc thương mại hóa các tấm kính có thể điều chỉnh dựa trên PCM vẫn còn một số thách thức đáng kể cần vượt qua; tuy nhiên, những kết quả sơ bộ này chứng minh cho thấy con đường phát triển dài phía trước chắc chắn được đảm bảo. Tôi tin rằng công nghệ này sẽ là một phần của bất kỳ cách tiếp cận chính sách tổng thể để giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu trong tương lai”, Peiman Hosseini, Giám đốc điều hành của Bodle Technologies nói.

P.T.T (NASATI), theo https://techxplore.com/news/2022-01-smart-window-cool-house.html, 6/1/2022