再见夏日炉火车！新型窗户涂层让室内降温7度

【蜂耘网 新材料】在炎热的天气里，连风都是那么燥热。

 

空调的使用频率不可避免地提高，房租水电的费用也在相应增加。还有开车的朋友们，不开空调吧，太热！开了空调，影响车辆动力表现，而且还费油！

 

圣母大学的一组研究人员开发了一种新型窗户涂层。这种窗户涂层不仅能保持玻璃的透明度不变，又能将房间温度降低到5.4至7.2°C。既节省开支，又减少对环境的负面影响。该研究发表在《细胞报告物理科学》上。

 

 

 新型窗户涂层的特性和优势  

 

透明的窗户涂层，可以让可见光穿过并照亮房间，与此同时，产生热量的紫外线和红外线辐射被阻挡在窗外，室内的温度就被涂层通过这种方式降低了。

 

但传统的窗户涂层有个尚待解决的问题。

 

地球围着太阳转，阳光照射进窗户的角度也总在变化。但是，许多窗户涂层都是针对以90度角进入房间的光线进行优化的。   

 

然而，在一天中最热的时候，也就是中午，那时的太阳光会以斜角射入垂直安装的窗户，涂层建构起的防线，就这么被轻易地绕开了。

 

 

但这种新型窗户涂层与传统的窗户涂层不同，它可以适应多个角度的太阳光，无论太阳在天空中的位置如何，都能保持其效率和功能。

 

这是如何做到的呢？

 

圣母大学（University of Notre Dame）能源研究多里尼家族教授、该研究的负责人罗腾飞和他的博士后同事Seongmin Kim，使用超薄的二氧化硅、氧化铝和氧化钛层制造了一种透明窗户涂层堆叠在实验的玻璃基座上。   

 

 

然后，他们添加了一种微米厚的硅聚合物（PDMS）。这种材料的透明度高，具有良好的化学稳定性，可以通过大气窗口将热辐射反射到外太空来增强结构的冷却能力。

 

室内的热量积聚有效减少，环境就会变得更凉爽舒适。

 

 

保障了涂层的透明度与反射能力，接下来就要确保涂层在阳光的多个角度照射下还能稳定工作了。   

 

为此，研究人员需要对涂层的顺序进行额外的优化，找出能够最大限度提高可见光的透射率（保障玻璃的透明度，能够让阳光照射进来），同时最大限度减少产生热量的波长的通过（即在前者的基础上，最大程度的降温）的最优的涂层结构排列。

 

然而，使用经典的试错方法会需要很长的时间，因此研究人员将目光投向了量子计算，或更具体地说，量子退火，并通过实验验证结果。

 

 

量子退火中的学习算法可以交互式地查询用户来标记数据，让研究人员能够使用量子物理学来找到最佳或接近最佳的元素组合，从而优化多层平面结构的配置，实现更好的性能。

 

为了估算这种新型窗户涂层的节能效果，研究人员使用EnergyPlus软件模拟了不同城市标准办公室的能耗。   

 

 

结果显示，美国所有城市每年最多可节省 97.5 MJ/m2。

 

 

此外，美国和世界上所有经过计算的城市，特别是在热带气候中，都可以从这种节能窗口中受益。结果表明，与使用传统窗户的冷却能耗相比，可节省高达50.5%的能源。   

 

 

未来应用

 

目前，尚不清楚这种涂层是否会从实验室走向商业化。但研究人员表示，这种涂层的制造原料都非常常见，完全可以使用工业规模的涂层工艺制造。他们认为随着规模扩大，新的涂层可能会很便宜，未来可以应用在家庭生活、商业建筑或车辆应用等方面。

 

对于家庭来说，这种涂层安装在窗户上，可以为住户提供更加舒适的居住环境，降低家庭能源开销。

 

 

而在商业建筑中，广泛应用这种窗户涂层可以降低整个建筑的冷却成本，提高能源效率，为企业节省运营成本，同时减少对环境的负面影响，树立企业的环保形象。

 

在汽车上使用这种涂层，可以有效地降低车内温度，提高驾驶舒适度，减少对空调系统的依赖，也能延长新能源汽车的电池寿命。这对于经常需要驾驶的人来说尤为重要，可以提高驾驶体验并节省燃油费用。   

 

还记得曾经被特斯拉带火的全景天窗设计的新能源汽车吗？

 

 

如此美丽的全景天窗，被尝试过的车主们吐槽“防紫外线，但不防桑拿”，逼得他们不得不得又装上个遮阳帘挡着头顶的太阳。有了天窗也不能看全景。

 

但现在，如果这种涂层最终被商业化生产，全景天窗且不配遮阳帘，或许就能做到像车企或门店销售告诉你的那样，真的不用担心车内的舒适度了。   

 

 

（蜂耘新材料网   责任编辑：行云）