یک پنجره هوشمند، یک سپر نقره ای برای جلوگیری از گرمای نور خورشید ایجاد می کند

ویرایش شده توسط لیزا لاک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

یک پنجره می تواند نور روز را پذیرا باشد، اما گرمای ناخواسته را نیز وارد کند و سیستم های تهویه مطبوع را تحت تأثیر قرار دهد. تیره شدن شیشه به کنترل تابش خیره کننده کمک می کند، اما جذب نور خورشید آن را گرم می کند. یک پنجره ایده آل گرمای ورودی بیشتر را مسدود می کند و همچنین اجازه می دهد گرمای به دام افتاده خارج شود.

برای مقابله با این چالش، محققان آکادمی علوم چین، دانشگاه جنگلداری شمال شرقی و موسسات همکار، یک پنجره هوشمند رنگارنگ با یک لایه نقره ای بازتابنده ایجاد کرده اند که با اعمال ولتاژ فعال می شود. این لایه یک قاب رنگی و شفاف را مات می کند و سایه و حریم خصوصی را فراهم می کند. یک پوشش بیرونی مجزا به پنجره کمک می کند تا گرما را به بیرون ساختمان منتقل کند.

در آزمایش‌های خارج از منزل، سازه‌های کوچکی که توسط نمونه اولیه پنجره پوشانده شده‌اند، خنک‌تر از آن‌هایی هستند که با شیشه کوارتز یا سایر پنجره‌های هوشمند تجاری پوشانده شده‌اند. این مطالعه که در Nano Letters منتشر شده است، فناوری را نشان می دهد که نور روز، حریم خصوصی و گرما را همزمان مدیریت می کند.

این طراحی دو عملکرد مکمل را انجام می دهد: انعکاس نور خورشید ورودی و انتشار گرما از طریق تابش مادون قرمز. حتی در حالت شفاف، لایه‌های بسیار نازک پنجره، سهم قابل توجهی از نور خورشید نزدیک به مادون قرمز را منعکس می‌کند که بدون ایجاد نور مرئی، گرما را افزایش می‌دهد. یک پوشش سیلیکونی در قسمت بیرونی شیشه اجازه می دهد تا گرما در طول موج های مادون قرمز طولانی تر به جو فرار کند.

برای حفظ حریم خصوصی، اعمال یک ولتاژ کوچک، نقره را از ژل روی سطح داخلی رسوب می دهد. این لایه موقت انعکاس نور خورشید را افزایش می دهد و شیشه را مات می کند. معکوس کردن ولتاژ، نقره رسوب‌شده را حذف می‌کند و شفافیت را بازیابی می‌کند.

در یک طرح آزمایش شده، میانگین انتقال نور مرئی از حدود 44 درصد به زیر 5 درصد کاهش یافت. بازتاب مادون قرمز نزدیک از حدود 54 درصد به 83 درصد افزایش یافته است. پوشش تابش گرما در هر دو ایالت به کار خود ادامه داد.

ساختار لایه ای نیز به پنجره رنگ می دهد. امواج نور هنگام تعامل با لایه های نازک یکدیگر را تقویت یا خنثی می کنند و برخی رنگ ها را بر دیگران ترجیح می دهند. تغییر ضخامت لایه در طول ساخت نمونه هایی با رنگ هایی از جمله زرد روشن، فیروزه ای کم رنگ، خاکستری-بنفش و قرمز رز تولید کرد. تغییر لایه نقره نیز ظاهر منعکس شده را تغییر داد.

این سازگاری به طراحان امکان انتخاب رنگ را می دهد، اگرچه به این معنا نیست که یک صفحه می تواند هر رنگی را به دستور نمایش دهد.

محققان این طرح را در فضای باز در شانگهای با پوشاندن محفظه های کوچک با نمونه های مختلف پنجره و اندازه گیری دمای هوا در داخل آزمایش کردند.

در یک مقایسه، محفظه نمونه اولیه در طول نور روز به طور متوسط ​​3.4 درجه سانتیگراد خنک تر از محفظه پوشیده شده با شیشه کوارتز بود. بیشترین اختلاف به حدود 7 درجه سانتیگراد رسید. تغییر از شفاف به مات، اثر خنک کننده را تقویت کرد.

یک آزمایش جداگانه مدل خانه تحت نور خورشید شبیه سازی شده این تنظیم را نشان داد. در مقایسه با شیشه کوارتز، نمونه اولیه داخلی را به طور متوسط ​​حدود 4.3 درجه سانتیگراد خنک تر در حالت شفاف و 5.9 درجه سانتیگراد خنک تر در حالت مات نگه می دارد.

با این حال، این اندازه‌گیری‌ها به جای ساختمان‌های اشغال شده، سرمایش را فقط در تنظیمات تجربی کوچک نشان می‌دهند. آزمایش‌های سوئیچینگ نیز تغییرات کمی در بازتاب اندازه‌گیری شده پس از 350 چرخه نشان دادند، اما البته سال‌ها خدمات در فضای باز ثابت نشده است.

جهتی که پنجره رو به آن است نیز اهمیت دارد. محققان ویژگی ساطع گرما را به عنوان "طراحی شده برای پنجره های رو به آسمان" توصیف می کنند. شیشه های عمودی به یک سطح اصلاح شده نیاز دارند تا گرمای خروجی بیشتری را به سمت آسمان هدایت کند.

بنابراین نورگیرها یک نقطه شروع طبیعی برای کاربردهای تجاری ارائه می دهند: آنها نور روز را می پذیرند که در آن آفتاب شدید نیز می تواند باعث گرمای بیش از حد شود. یک لایه نقره ای با کنترل الکتریکی می تواند به همان قاب اجازه دهد که در صورت نیاز نور روز، سایه قوی تر در صورت نیاز و سطحی که گرما را به بیرون می ریزد، فراهم کند.

توسط نویسنده ما اندرو زینین، ویرایش شده توسط لیزا لاک برای شما نوشته شده و توسط رابرت ایگان بررسی و بررسی شده است — این مقاله نتیجه کار دقیق انسانی است. ما برای زنده نگه داشتن روزنامه نگاری علمی مستقل به خوانندگانی مانند شما متکی هستیم. اگر این گزارش برای شما مهم است، لطفا یک کمک مالی (به ویژه ماهانه) در نظر بگیرید. به عنوان تشکر، یک حساب کاربری بدون آگهی دریافت خواهید کرد.

Jingjing Mao و همکاران، پنجره هوشمند الکتروکرومیک تطبیقی ​​و چند رنگ با خنک‌کننده تابشی قابل تعویض شفاف-مادر، حروف نانو (2026). DOI: 10.1021/acs.nanolett.6c03931

فوق لیسانس فیزیک با تجربه تحقیق. علاقه مندان به اخبار علمی طولانی مدت. نقش کلیدی در موفقیت سرمقاله Science X ایفا می کند. نمایه کامل →

لیسانس تاریخ هنر، کارشناسی ارشد فرهنگ مادی. سردبیر سابق موزه، پیراپزشک و هماهنگ کننده پیوند. ویرایش برای Science X از سال 2021. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →