Lớp phủ cửa sổ trong suốt này có thể làm mát các tòa nhà mà không cần sử dụng năng lượng
Các nhà khoa học đã sử dụng công nghệ điện toán tiên tiến và AI để thiết kế một lớp phủ cửa sổ trong suốt có thể làm giảm nhiệt độ bên trong các tòa nhà, do đó tiết kiệm rất nhiều năng lượng làm mát.
Hệ thống làm mát chiếm khoảng 15% mức tiêu thụ năng lượng toàn cầu và nó sẽ chỉ ngày càng trở nên nóng hơn, đặc biệt là ở những vùng khí hậu nhiệt đới hơn.
Tia cực tím và tia hồng ngoại gần của mặt trời là các phần của quang phổ mặt trời xuyên qua kính cửa sổ để sưởi ấm một căn phòng kín.
Theo Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ, nếu lớp phủ cửa sổ chặn ánh sáng đó và nếu lớp phủ đó bức xạ “nhiệt từ bề mặt cửa sổ ở bước sóng truyền qua bầu khí quyển vào không gian”, thì việc sử dụng năng lượng từ việc làm mát có thể giảm bớt, theo Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ.
Điều đó, cùng với việc không cản trở tầm nhìn qua cửa sổ, là một câu hỏi lớn. Nhưng các nhà nghiên cứu tại Đại học Notre Dame ở Indiana và Đại học Kyung Hee ở Seoul đã giải quyết được vấn đề đó.
Theo bài báo mới của họ, “Bộ làm mát bức xạ trong suốt hiệu suất cao được thiết kế bởi máy tính lượng tử” trên ACS Energy Letters, một tạp chí khoa học được xuất bản bởi Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ, thiết kế của họ về một lớp phủ cửa sổ trong suốt, hoặc “bộ làm mát bức xạ trong suốt” (TRC) , là một thành công.
Ảnh: Phỏng theo ACS Energy Letters 2022, DOI: 10.1021 / acsenergylett.2c01969
Dưới đây là những gì họ đã làm và nó diễn ra như thế nào:
Nhóm nghiên cứu đã chế tạo các mô hình máy tính TRC bao gồm các lớp mỏng xen kẽ của các vật liệu phổ biến như silicon dioxide, silicon nitride, nhôm oxit hoặc titanium dioxide trên đế thủy tinh, phủ một lớp polydimethylsiloxan. Họ đã tối ưu hóa loại, thứ tự và sự kết hợp của các lớp bằng cách sử dụng phương pháp lặp đi lặp lại được hướng dẫn bởi máy học và tính toán lượng tử, lưu trữ dữ liệu bằng cách sử dụng các hạt hạ nguyên tử. Phương pháp tính toán này thực hiện tối ưu hóa nhanh hơn và tốt hơn so với máy tính thông thường vì nó có thể kiểm tra hiệu quả tất cả các kết hợp có thể có trong một phần của giây. Điều này đã tạo ra một thiết kế lớp phủ, khi được chế tạo, đánh bại hiệu suất của các TRC được thiết kế thông thường ngoài một trong những kính giảm nhiệt thương mại tốt nhất trên thị trường.
ACS Energy Lett. 2022, 7, XXX, 4134-4141
Các nhà nghiên cứu đã viết rằng mức tiết kiệm năng lượng trung bình hàng năm trên các thành phố được khảo sát của Hoa Kỳ - xem biểu đồ thanh ở trên - là 50 MJ / m2 nếu TRC được sử dụng trên cửa sổ. Ở các thành phố có thời tiết khô nóng, chẳng hạn như Phoenix, TRC có thể tiết kiệm khoảng 86,3 MJ / m2 mỗi năm, hoặc 31,1% năng lượng làm mát tiêu thụ khi sử dụng cửa sổ thông thường.
Họ cũng tính toán tương tự cho các thành phố lớn được chọn trên toàn thế giới. Trong khi các tòa nhà ở tất cả các thành phố có thể được hưởng lợi, thì những tòa nhà ở các vùng nhiệt đới sẽ có tác động làm mát lớn hơn.
Các nhà nghiên cứu nói rằng lớp phủ cửa sổ trong suốt không chỉ có thể được sử dụng trên cửa sổ tòa nhà mà còn trên cửa sổ ô tô.
Không có dấu hiệu nào về việc mở rộng quy mô thương mại trong nghiên cứu, nhưng các nhà nghiên cứu viết rằng bộ phim “có thể được mở rộng cho các ứng dụng thực tế bởi vì việc chế tạo chúng có thể đạt được bằng cách sử dụng các kỹ thuật lắng đọng hiện đại”. Nói cách khác, đó là quá trình tạo và lắng các lớp phủ màng mỏng lên vật liệu nền. Đây là một bước sản xuất quan trọng.
