طلاء نوافذ المنازل والسيارات يقلل تكاليف أجهزة تكييف الهواء بأكثر من الثلث

ترحب النوافذ بالضوء في المساحات الداخلية، ولكنها تجلب أيضًا حرارة غير مرغوب فيها.

يعمل طلاء النوافذ الجديد على حجب الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء المولدة للحرارة، ويسمح بمرور الضوء المرئي، بغض النظر عن زاوية الشمس.

ويمكن دمج هذا الطلاء على النوافذ أو السيارات الموجودة ويمكن أن يقلل تكاليف تبريد أجهزة تكييف الهواء بأكثر من الثلث في المناخات الحارة.

وقال تنغفي لوه، أستاذ دراسات الطاقة في عائلة دوريني بجامعة نوتردام وقائد الدراسة: “إن الزاوية بين ضوء الشمس ونافذتك تتغير دائمًا”، “يحافظ طلاءنا على الأداء الوظيفي والكفاءة مهما كان موقع الشمس في السماء.”

تم نشر البحث في مجلة Cell Reports Physical Science ، حيث تم تحسين طلاء النوافذ المستخدم في العديد من الدراسات الحديثة للضوء الذي يدخل الغرفة بزاوية 90 درجة، ومع ذلك، عند الظهر، وهو الوقت الأكثر سخونة في اليوم، تدخل أشعة الشمس إلى النوافذ المثبتة عموديًا بزوايا مائلة.

قام لو وزميله في مرحلة ما بعد الدكتوراه، سيونجمين كيم، بتصنيع طلاء نافذة شفاف عن طريق تكديس طبقات رقيقة جدًا من السيليكا والألومينا وأكسيد التيتانيوم على قاعدة زجاجية.

تمت إضافة بوليمر سيليكون بسماكة ميكرومتر لتعزيز قوة التبريد للهيكل من خلال عكس الإشعاع الحراري من خلال نافذة الغلاف الجوي إلى الفضاء الخارجي.

كان التحسين الإضافي لترتيب الطبقات ضروريًا لضمان أن يستوعب الطلاء زوايا متعددة من ضوء الشمس، ومع ذلك، قال لوه إن نهج التجربة والخطأ لم يكن عمليا، نظرا للعدد الهائل من التركيبات المحتملة.

لخلط الطبقات في التكوين الأمثل – الذي يزيد من انتقال الضوء المرئي إلى الحد الأقصى مع تقليل مرور الأطوال الموجية المنتجة للحرارة – استخدم الفريق الحوسبة الكمومية، أو بشكل أكثر تحديدًا، التلدين الكمي، والتحقق من صحة نتائجهم تجريبيًا.

أنتج نموذجهم طبقة تحافظ على الشفافية وتخفض درجة الحرارة بمقدار 5.4 إلى 7.2 درجة مئوية (حوالي 9.7 إلى 13 درجة فهرنهايت) في غرفة نموذجية، حتى عندما ينتقل الضوء في نطاق واسع من الزوايا.

وقال لوه: “مثل النظارات الشمسية المستقطبة، يقلل الطلاء الخاص بنا من شدة الضوء الوارد، ولكن على عكس النظارات الشمسية، يظل الطلاء الخاص بنا واضحًا وفعالًا حتى عند إمالته بزوايا مختلفة”.

يمكن استخدام نظام التعلم النشط والحوسبة الكمومية الذي تم تطويره لإنشاء هذا الطلاء لتصميم مجموعة واسعة من المواد ذات الخصائص المعقدة.