Utilizând fizica cuantică și învățarea automată, cercetătorii de la Laboratorul de cercetare în domeniul transportului și energiei la scară moleculară din Notre Dame (SUA) au dezvoltat o folie specială pentru ferestre care lasă să pătrundă lumina vizibilă, dar blochează razele UV și infraroșii care generează căldură. Folia reduce nu numai temperatura camerei, ci și energia utilizată pentru răcire, indiferent de locul unde se află soarele pe cer.
În zilele călduroase, până la 87% din câștigul de căldură din casele noastre vine prin ferestre.
Razele UV de la soare trec ușor prin sticlă, încălzind încăperea și crescând nevoia de aer condiționat sau necesitatea de a reduce lumina prin închiderea perdelelor sau prin coborârea jaluzelelor.
„La fel ca ochelarii de soare polarizați, acoperirea noastră reduce intensitatea luminii care intră, dar, spre deosebire de ochelarii de soare, acoperirea noastră rămâne clară și eficientă chiar și atunci când este înclinată în unghiuri diferite”, a declarat Tengfei Luo, care conduce Laboratorul de cercetare în domeniul transportului și energiei la scară moleculară/ nano (Molecular/Nano-Scale Transport and Energy Research Laboratory – MÖNSTER) de la Notre Dame, citat de Cell Reports Physical Science.

O invenție revoluționară
În 2022, Luo și colegii săi au fabricat un strat de sticlă folosind structuri fotonice multistrat planare (PML).
Aceste straturi ultra-subțiri suprapuse au indici de refracție distincți care permit ca lumina să fie transmisă sau reflectată în mod selectiv, în funcție de lungimea de undă a acesteia.
Stivuirea siliciului, aluminei și a oxidului de titan pe o bază de sticlă și completarea acesteia cu un strat subțire de polimer de siliciu (PDMS) pentru a reflecta radiația termică, radiația electromagnetică emisă de o suprafață încălzită în toate direcțiile, a produs un strat transparent care, potrivit acestora, a depășit alte acoperiri de reducere a căldurii de pe piață.

Ce arată testele de laborator
Cercetătorii au creat un strat transparent care transmite și reflectă selectiv lumina pe o gamă largă de unghiuri de incidență.
Apoi l-au testat. Ferestrele acoperite și ferestrele cu sticlă normală au fost plasate vertical în camere identice în aer liber.
Cercetătorii au măsurat temperaturile din timpul zilei în fiecare cameră. De asemenea, au testat sticla plasând fereastra pe orizontală, cu fața spre cer, pentru a imita un acoperiș de mașină.
Geamul acoperit s-a comportat mai bine decât geamul normal, reducând temperatura cu 5,4°C și 7,2°C pe o gamă largă de unghiuri de incidență.
„Unghiul dintre soare și fereastra dumneavoastră se schimbă în mod constant”, a declarat Luo. „Stratul nostru de acoperire menține funcționalitatea și eficiența indiferent de poziția soarelui pe cer.”
Pentru a estima economiile de energie pentru răcire folosind structura lor fotonică pe post de fereastră, cercetătorii au folosit software-ul EnergyPlus pentru a simula consumul în birouri standard din diferite orașe.
Ei au arătat că toate orașele din SUA ar putea economisi până la 97,5 MJ/m2 pe an. Aceste economii de energie ar putea fi aplicate în orașe din întreaga lume, inclusiv în cele cu climă tropicală.
Cercetătorii văd multe aplicații pentru noul lor strat de acoperire a ferestrelor, inclusiv pentru clădirile comerciale și rezidențiale și pentru automobile.
„Cred că poate fi deosebit de util pentru ferestrele mașinilor”, a declarat Luo pentru New Atlas. „Poate fi folosit ca geamuri pentru acoperișul de soare/terasă lunară. Poate fi folosit chiar și pentru [un] parbriz, unde trebuie să îl păstrați transparent, dar se scurge o mulțime de spațiu de încălzire a luminii solare UV și IR [infraroșii].”
Cercetătorii mai trebuie să determine scalabilitatea acoperirii ferestrelor.
„Acest lucru nu este încă cunoscut”, a spus Luo. „Nu pot spune dacă este … mai ieftin, dar pe măsură ce lucrăm la scalare, pot fi ieftine. Acoperirea poate fi fabricată folosind procese de acoperire la scară industrială.”