Các nhà nghiên cứu tại Phòng Nghiên Cứu Quốc Gia Lawrence Berkeley đã sản xuất ra một lớp phủ kính “thông minh”, có thể dễ dàng điều khiển để khóa ánh sáng thấy được, ánh sáng gần hồng ngoại (near- infrared NIR) tỏa nhiệt hoặc cả hai. Để làm được như vậy, các nhà nghiên cứu đã đặt một lớp tích điện lên lớp phủ này. Với khả năng điều chỉnh một cách linh hoạt, sản phẩm này có tiềm năng nâng cao hiệu suất ánh sáng, nhiệt và làm lạnh trong các tòa cao ốc. Qua đó, có thể tối đa hóa việc tiết kiệm năng lượng mà vẫn cung cấp một môi trường đủ sáng trong các điều kiện môi trường khác nhau.
Bằng cách sử dụng kính sản xuất từ niobium oxide (oxit của niobium) và nhúng với tinh thể nano của indium tin oxide (ITO), các nhà nghiên cứu đã tạo ra một vật liệu điện crom (electrochromic –điện sắc) với hai điện thế khác nhau trên các khu vực khác nhau của phổ điện từ. Loại kính này sẽ cho cả ánh sáng NIR và ánh sáng trông thấy đi qua khi không có điện thế đặt vào. Thế nhưng chỉ cần có một điện tích âm nhỏ được kích hoạt (đặt vào một hiệu điện thế) thì các tinh thể nano của ITO gia tăng thành phần mang điện tích, cho phép nó hấp thụ ánh sáng NIR. Cùng với chiều tăng của điện tích, mạng niobium oxide bên trong tấm kính sẽ biểu hiện trạng thái khử oxy và gia tăng tốc độ hấp thụ, dần khóa cả ánh sáng trông thấy.
Cả hai hiệu ứng này sẽ tạo ra một tương tác đồng bộ, gia tăng hiệu ứng điện sắc và tạo ra một môi trường đủ sáng nhưng lại không có nhiệt thừa. Những tấm kính tương tự có thể được phát triển đến trạng thái gọi là “dark mode”(trạng thái tối), tức là khóa hoàn toàn cả ánh sáng và nhiệt độ. Ngược lại, tấm kính hoàn toàn trong suốt khi không có điện tích đi qua.
Với khả năng điều khiển ánh sáng NIR độc lập, đây có thể là sản phẩm đi đầu trong việc tiết kiệm một chi phí lớn dành cho điều hòa không khí và thậm chí là trong công nghệ ánh sáng nhân tạo. Delia Milliron, một nhà hóa học tại phòng Phân Tử thuộc phòng nghiên cứu Berkeley (Berkeley Lab’s Molecular Foundry)- đồng thời là trưởng nhóm nghiên cứu cho biết: Tại Mỹ, trung bình 1/4 tổng lượng năng lượng tiêu thụ được sử dụng vào các việc như chiếu sáng, làm nóng hoặc làm mát các toàn nhà. Nếu vật liệu mới này được sử dụng như một lớp phủ lên cửa sổ thì chắc chắn sẽ có ảnh hưởng quan trọng đến hiệu suất năng lượng của các toàn nhà. Còn đứng trên quan điểm về thiết kế vật liệu, nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng: hoàn toàn có thể kết hợp hai vật liệu ít tương đồng để tạo ra một thuộc tính mới (vốn không thể tạo ra bằng một vật liệu đơn pha thuần nhất), dù là dạng vô định hình hay dạng tinh thế.
Nhưng nghiên cứu xa hơn vẫn đang được tiến hành xác định các phương án thương mai hóa khả thi nhất cho vật liệu này. Nhóm nghiên cứu dự đinh sản xuất và trang bị Kính Thông Minh ( Smart Glass) này ngay bên ngoài phòng nghiên cứu để thử nghiệm. Công nghệ này có thể sẽ ảnh hưởng đến vô số các sản phẩm liên quan đến kính dùng trong các toàn nhà, vệ tinh hay xe hơi.. Sản phẩm cũng có tiêm năng trong công nghệ pin, nhờ vào thuộc tính tạo điều kiện thuận lợi hơn cho dòng điện tích của cấu trúc ma trận bên trong.
Bài viết mô tả về nghiên cứu này đã được đăng trên tạp chí Nature. Bạn có thể vào video dưới đây để hiểu rõ hơn về nghiên cứu này của Phòng Nghiên Cứu Berkeley.
Người dịch: Trungmaster, theo Gizmag
Link luận văn:
Cám ơn anh Truyền đã bổ sung thêm kiến thức hay.
Một chút về ITO: ITO được chế tạo bằng cách thêm SnO2 (oxit thiếc) vào In2O3 với nồng độ chừng vài %. Nó trong suốt (cho ánh sáng đi qua 90%) nên được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp bán dẫn như sản xuất pin mặt trời, tấm nền hiển thị cho tivi…Tuy nhiên, In là nguyên liệu hiếm và khó thu hồi, nên có dự đoán rằng đến năm 2011 sẽ hết In mà dùng. Nhật Bản đang phát triển phương pháp spatter (bắn phá mục tiêu bằng ion Ar trong chân không để lấy ra In trong vật liệu đã qua sử dụng) để thu hồi In. Đi đầu trong công nghệ này là Sharp.