Lớp phủ quang học cho cửa sổ thông minh

Đây là nghiên cứu mới của các nhà khoa học Đại học Pittsburgh và Đại học Oxford được xuất bản trên tạp chí ACS Photonics.

Nathan Youngblood, PGS Kỹ thuật điện và máy tính tại Pittsburgh, tác giả công trình nghiên cứu cho biết, sự sáng tạo chính là những cửa sổ này có thể thay đổi nhu cầu theo mùa. Cửa sổ hấp thụ ánh sáng hồng ngoại gần từ mặt trời vào mùa đông, chuyển hóa thành nhiệt trong tòa nhà. Những tháng mùa hè, cửa sổ sẽ phản xạ ánh sáng hồng ngoại mặt trời.

Nhóm nghiên cứu phát triển lớp phủ lên kính cửa sổ có thể điều chỉnh quang phổ, độ phát xạ thấp, sử dụng vật liệu thay đổi pha trên cơ sở chalcogenide (Ge20Te80), có thể điều chỉnh dòng nhiệt mặt trời qua cửa sổ nhưng vẫn duy trì màu trung tính và truyền ánh sáng liên tục ở các bước sóng nhìn thấy được.

Không có sự biến đổi đáng kể về ánh sáng khi vật liệu đổi pha giữa vô định hình và tinh thể.

Lớp phủ là phim mỏng, một tập hợp các lớp vật liệu quang học dày dưới 300nm với một lớp hoạt tính mỏng từ vật liệu thay đổi pha, có thể thu năng lượng cận hồng ngoại vào mùa đông và phản xạ hồng ngoại vào mùa hè. Vật liệu đổi pha, chuyển đổi giữa hai trạng thái vô định hình và tinh thể, cho phép điều chỉnh lượng năng lượng mặt trời qua cửa sổ trong khi duy trì màu sắc và độ trong suốt.

Các nhà khoa học cũng thử nghiệm thành công sự chuyển đổi nhanh chóng, dưới mili giây có kiểm soát từ hấp thu năng lượng hồng ngoại sang bức xạ hồng ngoại bằng phương pháp tích hợp máy sưởi điện trong suốt trên đế kính.

Vật liệu có thể được điều chỉnh như 30% vật liệu làm tán xạ nhiệt, 70 % hấp thụ nhiệt và phát xạ trong nhà, cho phép kiểm soát nhiệt độ chính xác hơn.

Harish Bhaskaran, GS Khoa Vật liệu Đại học Oxford, chủ nhiệm công trình nghiên cứu cho biết, các nhà khoa học khai thác việc điều tiết những bước sóng vô hình được truyền hoặc phản xạ để điều chỉnh nhiệt độ. Sử dụng các cửa sổ thông minh này, bao gồm cả năng lượng cần thiết để điều khiển phim tiết kiệm từ 20 đến 34% năng lượng sử dụng hàng năm so với việc cửa sổ hai lớp thường thấy trong nhà.

Nhóm nghiên cứu đã phối hợp với Bodle Technologies, một công ty chuyên sản xuất màng phản chiếu siêu mỏng, có thể hoạt động như màn hình bằng phương pháp kiểm soát màu sắc và ánh sáng, công ty thiết kế kỹ thuật Eckersley O'Callaghan, công ty Plasma App chuyên sản xuất màng mỏng để chế tạo nguyên mẫu phim màng mỏng thử nghiệm phủ cửa số.