Beschichtung für Fenster zur Blockierung von wärmeerzeugendem UV- und Infrarotlicht

Fenster lassen Licht in Innenräume, aber auch unerwünschte Wärme. Die neue Fensterbeschichtung blockiert wärmeerzeugendes ultraviolettes und infrarotes Licht und lässt sichtbares Licht durch. Die Beschichtung kann auf bestehende Fenster oder Autos aufgetragen werden. Sie kann die Kosten für die Kühlung von Klimaanlagen in heißen Klimazonen um mehr als ein Drittel senken.

„Der Winkel zwischen der Sonneneinstrahlung und dem Fenster ändert sich ständig“, sagte Tengfei Luo, Professor für Energiestudien an der Universität von Notre Dame und Leiter der Studie, der Familie Dorini. „Unsere Beschichtung behält ihre Funktionalität und Effizienz unabhängig von der Position der Sonne am Himmel bei.“ Die in vielen neueren Studien verwendeten Fensterbeschichtungen sind für Licht optimiert, das in einem 90-Grad-Winkel in den Raum fällt. Doch zur Mittagszeit, der heißesten Zeit des Tages, fallen die Sonnenstrahlen in einem schrägen Winkel in vertikal eingebaute Fenster.

Luo und sein Postdoktorand Seongmin Kim hatten zuvor eine transparente Fensterbeschichtung hergestellt, indem sie hauchdünne Schichten aus Siliziumdioxid, Aluminiumoxid und Titanoxid auf einer Glasplatte aufbauten. Ein mikrometerdickes Siliziumpolymer wurde hinzugefügt, um die Kühlleistung der Struktur zu erhöhen, indem die Wärmestrahlung durch das atmosphärische Fenster in den Weltraum reflektiert wird. „Die Reihenfolge der Schichten musste zusätzlich optimiert werden, um sicherzustellen, dass die Beschichtung für mehrere Winkel des Sonnenlichts geeignet ist. Ein Versuch-und-Irrtum-Ansatz war jedoch angesichts der immensen Anzahl möglicher Kombinationen nicht praktikabel“, so Luo weiter.

Behält die Transparenz unabhängig vom Winkel der Sonne bei

Um die Schichten in eine optimale Konfiguration zu bringen, wird die Durchlässigkeit für sichtbares Licht maximiert, während der Durchgang von wärmeproduzierenden Wellenlängen minimiert wird. Das Team nutzte Quantencomputer, genauer gesagt, Quantenglühen, und validierte seine Ergebnisse experimentell. „Wie eine polarisierende Sonnenbrille verringert unsere Beschichtung die Intensität des einfallenden Lichts, aber im Gegensatz zu einer Sonnenbrille bleibt unsere Beschichtung klar und effektiv, auch wenn man sie in verschiedenen Winkeln neigt“, fügte Luo hinzu.

Ihr Modell ergab eine Beschichtung, die sowohl die Transparenz aufrechterhielt als auch die Temperatur in einem Modellraum um 5,4 bis 7,2 Grad Celsius senkte, selbst wenn das Licht in einem breiten Winkelbereich einfiel. Das aktive Lernen und das Quantencomputing, das zur Herstellung dieser Beschichtung entwickelt wurde, kann für das Design einer breiten Palette von Materialien mit komplexen Eigenschaften verwendet werden.

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Wenn Sie an weiteren Informationen über die innovative Fensterbeschichtung interessiert sind, die wärmeerzeugendes ultraviolettes und infrarotes Licht blockiert, während sie sichtbares Licht durchlässt, finden Sie die Forschung in der Zeitschrift in Cell Reports Physical Science.