Нове віконне покриття знижує температуру в приміщенні та витрати на електроенергію, вибірково блокуючи світло, що виділяє тепло, ефективне під будь-яким кутом сонячного світла.
Вікна приймають світло у внутрішні приміщення, але вони також приносять небажане тепло. Нове покриття вікна блокує ультрафіолетове та інфрачервоне світло, що виділяє тепло, і пропускає видиме світло незалежно від кута нахилу сонця. Покриття можна використовувати на існуючих вікнах або автомобілях і може зменшити витрати на охолодження кондиціонера більш ніж на одну третину в жаркому кліматі.
Ефективний дизайн для зміни кутів сонця
«Кут між сонячним світлом і вашим вікном постійно змінюється», — сказав Тенгфей Луо, професор енергетичних досліджень родини Доріні в Університеті Нотр-Дам і керівник дослідження. «Наше покриття зберігає функціональність і ефективність незалежно від положення сонця на небі».
Віконні покриття, які використовуються в багатьох останніх дослідженнях, оптимізовані для світла, яке потрапляє в кімнату під кутом 90 градусів. Проте опівдні, часто в найжаркіший час дня, сонячні промені проникають у вертикально встановлені вікна під косими кутами.
Сучасні матеріали та методи
Луо та його помічник Сонмін Кім раніше створили прозоре віконне покриття, наклавши надтонкі шари кремнезему, оксиду алюмінію та оксиду титану на скляну основу. Кремнієвий полімер товщиною мікрометра був доданий для посилення охолоджувальної здатності конструкції шляхом відображення теплового випромінювання через атмосферне вікно у відкритий космос.
Додаткова оптимізація порядку шарів була необхідна, щоб гарантувати, що покриття вміщуватиме різні кути сонячного світла. Однак підхід методом проб і помилок не був практичним, враховуючи величезну кількість можливих комбінацій, сказав Луо.
Щоб перетасувати шари в оптимальну конфігурацію — таку, яка максимізує пропускання видимого світла та мінімізує проходження довжин хвиль, що утворюють тепло, — команда використала квантове обчислення , або, точніше, квантовий відпал, і підтвердила свої результати експериментально.
Результати та застосування
Їхня модель створила покриття, яке зберігало прозорість і знижувало температуру на 5,4-7,2 градуса за Цельсієм (9,7-13 градусів за Фаренгейтом) у модельній кімнаті, навіть коли світло проходило під різними кутами. Результати лабораторії були нещодавно опубліковані в Cell Reports Physical Science.
«Як і поляризовані сонцезахисні окуляри, наше покриття зменшує інтенсивність вхідного світла, але, на відміну від сонцезахисних окулярів, наше покриття залишається чітким і ефективним, навіть якщо ви нахиляєте його під різними кутами», — сказав Ло.
Схема активного навчання та квантового обчислення, розроблена для створення цього покриття, може бути використана для розробки широкого діапазону матеріалів зі складними властивостями.