美研製出高效抗陽光玻璃 可大幅降低室內溫度

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      炎炎夏日,強烈的陽光通過玻璃窗射入室內,是導致室內溫度升高的主要熱源之一。使用特殊玻璃反射陽光以達到降溫目的的研究這些年一直進行著,但目前市場上的相關產品都不夠理想。最近,美國一所大學的研究解決了在保證透光度的情況下,最大限度地反射陽光帶來的熱源。

    美研製出高效抗陽光玻璃 可大幅降低室內溫度

      目前常見的濾光片或遮光片都是采用PML原理,即一種光譜濾波器。它由堆疊光學薄膜層組合而成,可以隻讓陽光中的紫外線、近紅外線或特定波長的光,被反射出去或通過薄膜層。

      此外,塗抹在窗戶玻璃上的塗層,大多數是針對90度角進入房間的陽光。但是一天中最熱的時候通常出現在中午,而中午的太陽光線大多不以90度角進入窗戶的。因此這些塗層在反射能力上會受到折損,同時使濾光的性能變差。

      另外,有些玻璃為了反射太陽光會增加一些塗層,但塗層通常有顏色容易使玻璃的整體能見度降低。因此,市麵上急需一款既能保持玻璃的透明度,又能反射多數角度太陽光,且能減緩光源熱能的塗層,以對抗炎熱的陽光。

      這次,美國聖母大學能源研究所的研究人員在窗戶的玻璃上添加了一些矽聚合物(PDMS)塗層,使玻璃窗戶在不降低透明度的情況下,將陽光(熱輻射)反射出去,以達到降低室內溫度的效果。這項研究結果3月4日發布在《細胞報告物理科學》雜誌上。

      研究人員首先在二氧化矽基底上設計一款PML,裏麵由4種具有不同折射率的介電材料(可被電極化的絕緣體)來製造透明窗戶塗層,而這4種介電材料分別為二氧化矽、二氧化鈦、氮化矽和氧化鋁。不同配置(堆疊方式)的PML,會產生不同的光學響應和反射效果。

      他們做出的PML有許多層,每層厚度為100納米,而選擇100nm是為了讓PML具有良好的性能。之後,他們再將這些材料進行類似電腦二進製(0或1)的方式進行堆疊,堆疊依序是二氧化矽、二氧化鈦、氧化鋁、氮化矽、氧化鋁、二氧化鈦。

      最終他們用20層的材料作出PML後,使用電腦計算和設計出最佳的PML組合方式,以達到更廣泛的反射太陽光效果。結果表明,這種PML在較寬的入射角範圍內,具有優異的光譜選擇性和冷卻性能,與普通窗戶玻璃相比,室內溫度降低了5.4℃。

      實驗人員還進行了窗戶水平放置麵向天空的測試,用來模仿汽車的天窗。測試結果表明,PML的光子結構在這種情況下具有出色的冷卻性能,使溫度降低高達7.2°C。

      另外,他們還用軟件模擬和計算全美各個城市在使用這種特殊玻璃可節省多少冷凍能耗。結果顯示,最多可省下97.5 MJ/m 2的能源,與傳統窗戶的冷卻能耗相比,可節省高達50.5%的能源。

      聖母大學能源研究所的多裏尼家族教授羅騰飛也是這項研究的負責人,他對該校的新聞室表示,“無論太陽在天上的位置如何,我們的塗層都能保持穩定功能和效率。”

      他還說,“我們做出的玻璃與偏光太陽眼鏡一樣,鏡麵上的塗層可以減少入射光的強度。不過,與太陽眼鏡不同的是,我們的塗層在不同角度依然很有效且十分清晰。”

    THE END

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