Các nhà nghiên cứu tại Đại học Notre Dame, Hoa Kỳ đã tạo ra một lớp phủ mới cho cửa sổ giúp giảm nhiệt độ trong nhà và chi phí năng lượng bằng cách ngăn chặn hiệu quả ánh sáng sản sinh nhiệt theo cách có chọn lọc ở mọi góc của ánh nắng mặt trời.

Cửa sổ đón ánh sáng vào không gian bên trong nhưng cũng sản sinh nhiệt ngoài mong đợi. Lớp phủ cửa sổ mới ngăn chặn ánh sáng cực tím và hồng ngoại sinh nhiệt và để ánh sáng nhìn thấy xuyên qua, bất kể mặt trời chiếu ở góc nào. Lớp phủ mới có thể được tích hợp vào cửa sổ hoặc ô tô hiện có với khả năng giảm hơn 1/3 chi phí làm mát điều hòa không khí ở vùng có khí hậu nóng.

Lớp phủ cửa sổ trong nhiều nghiên cứu gần đây, được tối ưu hóa cho ánh sáng chiếu vào phòng ở góc 90⁰. Tuy nhiên, vào buổi trưa, thường là thời điểm nóng nhất trong ngày, tia nắng lại chiếu vào cửa sổ được lắp đặt theo chiều dọc theo các góc xiên.

Vật liệu và kỹ thuật tiên tiến

Trước đây, nhóm nghiên cứu đã chế tạo được một lớp phủ cửa sổ trong suốt bằng cách xếp chồng các lớp silica, alumina và oxit titan siêu mỏng trên nền thủy tinh. Một polyme silicon cỡ micromet đã được bổ sung để tăng cường khả năng làm mát của cấu trúc bằng cách phản xạ bức xạ nhiệt qua cửa sổ khí quyển (atmospheric window - một vùng phổ điện từ có thể đi qua bầu khí quyển của Trái đất) ra ngoài không gian.

Việc tối ưu hóa thứ tự bổ sung các lớp là cần thiết để đảm bảo lớp phủ có thể chứa nhiều góc của ánh sáng mặt trời. Tuy nhiên, phương pháp thử và sai là không thực tế do có rất nhiều khả năng kết hợp. Để xáo trộn các lớp thành một cấu hình tối ưu (giúp tối đa hóa khả năng truyền ánh sáng khả kiến, đồng thời giảm thiểu truyền tải các bước sóng sinh nhiệt), nhóm nghiên cứu đã sử dụng điện toán lượng tử hay cụ thể là ủ lượng tử (quantum annealing) và xác nhận kết quả bằng thực nghiệm.

Kết quả và ứng dụng

Kết quả nghiên cứu đã tạo ra một lớp phủ vừa duy trì độ trong suốt vừa giảm nhiệt độ từ 5,4 đến 7,2^OC trong căn phòng mô hình, ngay cả khi ánh sáng được truyền đi ở nhiều góc độ khác nhau.

Tengfei Luo, trưởng nhóm nghiên cứu, cho rằng: “Giống như kính râm phân cực, lớp phủ của chúng tôi làm giảm cường độ ánh sáng đi tới, nhưng khác với kính râm, lớp phủ mới vẫn rõ nét và hiệu quả ngay cả khi bạn nghiêng nó ở các góc khác nhau”.

N.P.D (NASATI), theo Scitechdaily, 4/2024