Cửa sổ thông minh sử dụng chấm nano carbon

Giáo sư Verónica de Zea Bermudez thuộc Trường Đại học Tras-os-Montes e Alto Douro – trước đây đã từng làm việc với cấu trúc thiết kế cửa sổ nhà ở, nhận định rằng các tòa nhà là những đối tượng tiêu thụ năng lượng lớn nhất thế giới. Bà cùng nhóm nghiên cứu đã giới thiệu một phát minh mới, được gọi là “cửa sổ tiềm năng” nhằm giảm thiểu lãng phí năng lượng.

Trong những năm gần đây, kính thông minh có thể tự chuyển đổi ngày càng thu hút được sự quan tâm của các nhà khoa học. Các tòa nhà thế hệ tiếp theo sẽ phải là những tòa nhà tiết kiệm năng lượng, mục tiêu then chốt là tự động kiểm soát nguồn năng lượng ánh sáng (bức xạ quang) và bức xạ nhiệt (cận hồng ngoại ). Hai thông số này tác động mạnh đến việc giảm thiểu năng lượng sử dụng, cho cảm giác thoải mái về nhiệt độ và thị giác.

Tuy nhiên, việc chế tạo ra một cửa sổ linh hoạt, năng động và hiệu quả kinh tế cao như vậy không phải  dễ dàng. Theo các tác giả của nghiên cứu, tham vọng này đòi hỏi những thiết kế mới và chiến lược tổng hợp, phát triển những khái niệm và mô hình mới của khoa học vật liệu.

Nhóm nghiên cứu của GS Verónica giới thiệu một kích cửa sổ, được phát triển dựa trên sáng tạo mới, sử dụng công nghệ nano để tạo ra thế hệ cửa sổ thông minh giá rẻ cho các tòa nhà tiết kiệm năng lượng.

Công nghệ cửa số mới được phát triển dựa trên nanofluid phi Newton, đó là các các chấm carbon, tạo ra từ glucose và chất lỏng ion butylmethylimidazolium clorua ([Bmim] Cl) bằng phương pháp thủy nhiệt đơn, không gây độc và thực hiện một lần.

Công nghệ nanofluid tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt đơn.

Bà Helena Gonçalves cho biết, một trong những điểm mạnh của công nghệ này là sự tổng hợp các hạt nanofluid rất đơn giản, sạch, nhanh, không độc hại và rẻ tiền. Chất lỏng nanofluid là nhớt, có thể hòa tan trong nước, dễ lan rộng và có thể tái sử dụng. Ngoài ra, chất liệu này có khả năng hấp thụ tia cực tím, thường tăng theo nhiệt độ và thay đổi màu sắc ở nhiệt độ từ 30 đến 40 ºC.

Các chất lỏng nanofluid được thử nghiệm thành công trên hai loại thiết bị cửa sổ thông minh, thể hiện khả năng thay đổi màu sắc và trở lại trạng thái ban đầu hoàn hảo (Hình 2).

Một trong những thiết bị (cửa kính) là hệ thống điều chỉnh nhiệt dựa trên mặt kính một cách thụ động, hiệu suất của nó có thể được tăng cường thông qua hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt (SPRE). 

Thiết bị thứ hai tích hợp vào kính cửa các tùy chọn khác về nhiệt độ và điện hóa độc lập, có thể được vận hành thủ công. Nếu người sử dụng muốn có sự riêng tư hoặc độ chói ánh sáng thấp, có thể kích hoạt cho phép ánh sáng mặt trời giảm độ sáng khi nhiệt độ vượt quá khoảng 30ºC. Hoặc người sống trong tòa nhà không muốn tầm nhìn bị che khuất nhưng muốn tinh chỉnh ánh sáng và nhiệt độ trong phòng, có thể điều khiển cửa sổ bằng một dòng điện một chiều nhỏ với một công tắc.

Chế độ điện hóa chất lỏng nano cho độ trong suốt cao và có thể cho phép tia cận hồng ngoại NIR đi qua khi không có điện áp. Khi kết nối chất lỏng nano với một điện áp thấp khoảng 2,5V, chất lỏng nano trên kính sẽ có hai trạng thái màu được tạo ra: Chế độ nóng sáng và chế độ lạnh tối. Các tính năng chế độ điện hóa trong thử nghiệm không bị mất trong tình huống kết nối điện áp. Hơn thế nữa, thiết bị này đòi hỏi một tiêu hao điện tích rất thấp khi đưa vào khai thác sử dụng.

Các mẫu kính sử dụng chất nhớt nanofluid và điện hóa.

GS Verónica de Zea Bermudez, chủ nhiệm dự án cho biết, công nghệ này có thể được áp dụng ngay trên cấp độ công nghiệp, có tác động lớn đến ngành xây dựng. 

GS Verónica phát biểu: "Chúng tôi thực sự tin rằng những nghiên cứu của nhóm đưa ra một khái niệm vật liệu mới triệt để hơn giải quyết vẫn để tiết kiệm năng lực. Những ứng dụng nano cho một cửa sổ thông minh vượt xa các ứng dụng công nghệ tiết kiệm năng lượng đã từng được nghiên cứu, đặc biệt là ở các vùng nóng trên thế giới. Đây chỉ là thành tựu đầu tiên khi nghiên cứu về công nghệ nano tuyệt vời này, tương lại ứng dụng công nghệ nanofluid.