In de hete zomer zijn ramen vaak een haat-liefdeverhouding: ze brengen helder natuurlijk licht en weidse uitzichten naar het interieur, maar ze worden ook het belangrijkste kanaal voor het binnendringen van warmte. Traditionele warmte-isolatiemethoden, zoals verduisteringsgordijnen of donkere folie, kunnen hittegolven tegenhouden, maar ze offeren onvermijdelijk de binnenverlichting en het prachtige landschap buiten het raam op. Dit dilemma kan echter binnenkort tot het verleden behoren.
Een onderzoeksteam van de Universiteit van Notre Dame heeft onlangs een doorbraak aangekondigd: ze gebruikten kwantumcomputer- en machine learning-technologie om met succes een nieuw type transparante raamcoating te ontwikkelen die op effectieve wijze warmtegenererende ultraviolette en infrarode stralen kan blokkeren terwijl het glas helder en transparant blijft, waardoor de binnentemperatuur aanzienlijk wordt verlaagd.
De kern van dit onderzoek wordt gevormd door een technologie genaamd Transparent Radiative Cooling (TRC). Tengfei Luo, de leider van het project en hoogleraar energieonderzoek aan de Universiteit van Notre Dame, legde uit dat gewone glazen ramen thermische straling van zonlicht de kamer binnen laten dringen, waardoor de belasting van de airconditioning sterk toeneemt. Om dit probleem op te lossen, gebruikte het onderzoeksteam niet de traditionele methode van vallen en opstaan, maar introduceerde het op innovatieve wijze een door quantum computing ondersteund machine learning-model. Met behulp van deze krachtige computertool hebben ze in zeer korte tijd de optimale oplossing uit talloze materiaalcombinaties gescreend en een ultradunne meerlaagse structuur ontworpen, bestaande uit gewone materialen zoals silica, aluminiumoxide en titaniumoxide, en het oppervlak bedekt met een laag polymeer (PDMS) dat vaak wordt gebruikt in contactlenzen.
De nieuwe coating werkt als een hightech ‘architectonische zonnebril’, maar is slimmer dan gewone zonnebrillen. Het kan selectief zichtbaar licht doorlaten, waardoor voldoende binnenlicht en helder zicht wordt gegarandeerd; tegelijkertijd kan het als een spiegel fungeren, waarbij het ultraviolette en nabij-infrarode stralen die warmte in de zon transporteren, terugkaatst, en zelfs het principe van stralingskoeling gebruikt om warmte rechtstreeks door de atmosfeer naar de ruimte te 'afvoeren'. Wat meer het vermelden waard is, is dat het team in het laatste onderzoek de coatingstructuur verder heeft geoptimaliseerd, zodat deze een efficiënte thermische isolatieprestatie kan behouden, ongeacht in welke hoek de zon staat - of het nu direct zonlicht is op de middag of schuin zonlicht in de ochtend en avond. Daarmee wordt de beperking overwonnen dat vergelijkbare technologieën in het verleden alleen onder specifieke hoeken konden functioneren.
Op basis van simulatietests en feitelijke experimentele gegevens wordt verwacht dat deze nieuwe raamfolie de koelkosten voor airconditioning in gebouwen in warme, droge klimaten met ongeveer 31% zal verminderen. Professor Teng Fei zei dat deze coating niet alleen geschikt is voor glazen vliesgevels van woon- en kantoorgebouwen, maar naar verwachting in de toekomst ook op autoruiten zal worden toegepast, wat vooral belangrijk is voor het verbeteren van het bereik van elektrische voertuigen. Naarmate deze technologie verder rijpt en op grote schaal wordt geproduceerd, wordt verwacht dat het in de toekomst een sleuteltechnologie zal worden op het gebied van groene gebouwen en energiebesparing en emissiereductie, waardoor we van de zon en prachtige landschappen kunnen genieten zonder ons zorgen te hoeven maken over hoge elektriciteitsrekeningen en verzengende kamertemperatuur.
Samengesteld uit /ScitechDaily