Lớp phủ cửa kính giúp hạ nhiệt và giảm nhu cầu tiêu thụ điện trong nhà
Vào những ngày nắng nóng, có tới 87% lượng nhiệt hấp thụ vào nhà là thông qua cửa kính. Lý do là bức xạ từ ánh sáng Mặt trời dễ dàng xuyên qua cửa kính, làm nóng ngôi nhà và làm tăng nhu cầu sử dụng máy điều hòa để làm mát không khí. Ðể giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu tại Ðại học Notre Dame (Mỹ) vừa phát triển một lớp phủ bề mặt kính có tác dụng ngăn tia cực tím (UV) và tia hồng ngoại sinh nhiệt mà không cản trở ánh sáng chiếu vào nhà, nhờ đó giảm cả nhiệt độ phòng lẫn mức tiêu thụ điện năng.
Lớp phủ trong suốt giúp bề mặt kính giảm hấp thụ ánh nắng mà vẫn bảo đảm tầm nhìn trong suốt.
Vào năm 2022, chuyên gia Tengfei Luo và các cộng sự đã chế tạo một lớp phủ thủy tinh bằng cấu trúc quang tử đa lớp hai chiều (PML). Bằng cách ép silica, alumina và oxit titan trên tấm thủy tinh và phủ lên bề mặt một lớp mỏng silicon polymer (PDMS) để phản chiếu bức xạ nhiệt, bức xạ điện từ tạo ra từ bề mặt bị làm nóng bởi ánh nắng, họ đã tạo ra một lớp phủ trong suốt, có tác dụng giảm nhiệt vượt trội hơn các vật liệu giảm nhiệt khác trên thị trường.
Từ thành tựu nói trên, nhóm chuyên gia tiếp tục nghiên cứu ứng dụng sản phẩm trên kính nhà. Do cửa kính thường được lắp đặt theo chiều thẳng đứng nên ánh nắng trực tiếp chiếu vào sẽ thay đổi suốt ngày khi Mặt trời di chuyển. Trong khi đó, các lớp phủ cửa kính hiện được sản xuất theo hướng cho phép ánh sáng đi vào nhiều nhất ở góc 90 độ, do đó khả năng chặn ánh nắng sẽ phụ thuộc vào cái gọi là “góc chiếu của Mặt trời”. Song, vào buổi trưa - thời điểm nóng nhất trong ngày, ánh nắng thường chiếu vào cửa kính theo góc xiên - nghĩa là hầu hết các lớp phủ đều kém hiệu quả trong việc ngăn chặn ánh nắng.
Trong nghiên cứu mới, các chuyên gia đã sử dụng mô hình học máy được hỗ trợ bởi điện toán lượng tử, cho phép họ tối ưu hóa cấu hình của cấu trúc PML và tạo ra ưu thế nhất định cho lớp phủ cửa kính mới.
Theo đó, nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công lớp phủ trong suốt mới, có khả năng hấp thụ và phản xạ ánh sáng có chọn lọc theo nhiều góc chiếu của Mặt trời. Sau đó, họ dùng thử nghiệm nó trên các cửa kính và cửa sổ bằng kính thường, được lắp ráp trên các căn phòng đặt ở ngoài trời, rồi đo nhiệt độ ban ngày trong mỗi căn phòng. Họ cũng thử nghiệm lớp phủ mới trên tấm kính được đặt theo hướng phản chiếu ánh sáng lên trời, để mô phỏng cửa sổ trời của xe hơi. Kết quả cho thấy so với kính thông thường, những tấm kính được tích hợp lớp phủ mới đã thể hiện hiệu suất chống nóng vượt trội, khi đã làm giảm nhiệt độ không gian mà nó che phủ từ 5,4°C - 7,2°C, bất kể ánh nắng chiếu vào ở góc độ nào.
Theo nhóm nghiên cứu, lớp phủ cửa kính mới có tiềm năng ứng dụng đa dạng, bao gồm dùng cho các tòa nhà thương mại, dân dụng và kính ôtô. Nó cũng có thể được sản xuất trên quy mô công nghiệp và sử dụng những nguyên vật liệu rất phổ biến.
HUY MINH (Theo New Atlas)
