Ученые из Университета Нотр-Дам разработали прозрачное покрытие для окон, которое пропускает видимый свет, но блокирует ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, выделяющее тепло. Это покрытие может значительно снизить температуру в помещении и расход энергии на охлаждение, независимо от положения солнца в небе.
Избирательная фильтрация
Обычные окна пропускают не только свет, но и тепло, особенно летом. До 87% теплового потока в дома поступает именно через окна. Ультрафиолетовое излучение солнца легко проходит сквозь стекло, нагревая комнату. Чтобы охладиться, приходится включать кондиционер или закрывать окна шторами, лишая себя вида из окна.
Новое покрытие действует подобно поляризованным солнцезащитным очкам, снижая интенсивность света, но при этом оставаясь прозрачным под любым углом. Оно состоит из чередующихся тончайших слоев диоксида кремния, оксида алюминия и оксида титана, нанесенных на стекло. Сверху покрытие защищено тонким слоем полидиметилсилоксана (PDMS), отражающим тепловое излучение.
Особенность новинки в том, что она эффективно работает при любом положении солнца. Существующие покрытия для окон обычно рассчитаны на прямой солнечный свет, попадающий под углом 90 градусов. В полдень, когда жара сильнее всего, солнечные лучи падают на окно под углом, и большинство покрытий теряют свою эффективность.
Оптимлаьное сочетание материалов
Для оптимизации структуры покрытия ученые использовали машинное обучение с применением квантовых вычислений. Это позволило им найти наилучшее сочетание материалов и слоев, эффективно отражающих тепловое излучение при любом угле падения света.
Лабораторные испытания подтвердили эффективность разработки. Окна с покрытием пропускали меньше тепла по сравнению с обычными стеклами, снижая температуру в комнате на 5,4–7,2°C.
Компьютерное моделирование показало, что использование нового покрытия в офисных зданиях США позволит экономить до 97,5 МДж/м² энергии в год на охлаждение.
Разработчики видят широкое применение своей технологии в жилых и коммерческих зданиях, а также в автомобилях. Покрытие может использоваться для люков, панорамных крыш и даже лобовых стекол автомобилей, сохраняя прозрачность и уменьшая нагрев салона.
В настоящее время ученые оценивают возможности масштабирования производства покрытия, чтобы сделать его более доступным.
Исследование опубликовано в журнале Cell Reports Physical Science.
