Cửa sổ là những thứ khá cơ bản cần thiết để đón ánh sáng và nhiệt, nhưng không phải lúc nào bạn cũng muốn cả hai thứ này cùng một lúc. Giờ đây, các kỹ sư tại Đại học bang North Carolina (NCSU) vừa phát triển được một loại vật liệu mới cho phép cửa sổ dễ dàng chuyển đổi giữa ba chế độ.

Các cửa sổ động mới sẽ có thể chuyển đổi giữa chế độ trong suốt thông thường cho phép ánh sáng và nhiệt đi vào, chế độ chặn nhiệt nhưng vẫn trong suốt với ánh sáng và chế độ có tông màu chặn một số ánh sáng nhưng không tỏa nhiệt. Điều đó sẽ giúp người dùng được bảo vệ trong tất cả các mùa.

Chìa khóa của tất cả chế độ này là một loại vật liệu nhỏ gọi là oxit vonfram, thường xuất hiện trong các cửa sổ động hoạt động theo nguyên tắc điện hóa. Thông thường nó trong suốt, nhưng oxit vonfram trở nên tối hơn và chặn ánh sáng khi áp dụng tín hiệu điện, giúp nó trở nên tiện dụng cho các cửa sổ có tông màu theo yêu cầu.

Nhưng trong nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu của NCSU đã phát hiện ra một thủ thuật hoàn toàn mới đang ẩn giấu trong đó. Việc thêm nước sẽ biến nó thành hydrat oxit vonfram và khi chất này được sử dụng trong cửa sổ điện hóa, nó sẽ mang lại cho nó một cài đặt bổ sung.

Khi tắt, nó vẫn trong suốt với ánh sáng và nhiệt - lý tưởng cho những ngày mùa đông buồn tẻ khi bạn cần cả hai thứ đó càng nhiều càng tốt. Khi một số electron và ion lithium được bơm vào vật liệu, đầu tiên nó sẽ trải qua giai đoạn chặn ánh sáng hồng ngoại (được cảm nhận như nhiệt) trong khi vẫn trong suốt đối với các bước sóng ánh sáng khả kiến. Và cuối cùng, khi có nhiều electron đi vào vật liệu hơn, nó sẽ chuyển sang pha tối, nơi nó chặn cả ánh sáng khả kiến và tia hồng ngoại, hoàn hảo cho mùa hè.

Tại sao hydrat oxit vonfram hoạt động như thế này vẫn chưa rõ ràng, nhưng các nhà khoa học NCSU có một giả thuyết. Jenelle Fortunato, tác giả đầu tiên của nghiên cứu cho biết: “Sự hiện diện của nước trong cấu trúc tinh thể làm cho cấu trúc ít đậm đặc hơn, do đó cấu trúc có khả năng chống biến dạng tốt hơn khi các ion lithium và electron được bơm vào vật liệu”. “Giả thuyết của chúng tôi là vì hydrat oxit vonfram có thể chứa nhiều ion lithium hơn oxit vonfram thông thường trước khi biến dạng nên bạn sẽ có hai chế độ. Có một chế độ ‘mát’ - khi các ion lithium và electron được đưa vào sẽ ảnh hưởng đến các tính chất quang học, nhưng sự thay đổi cấu trúc vẫn chưa xảy ra - chế độ này hấp thụ ánh sáng hồng ngoại. Và sau đó, sau khi sự thay đổi cấu trúc xảy ra, sẽ có chế độ 'tối' chặn cả ánh sáng khả kiến và ánh sáng hồng ngoại”.

Mặc dù không thiếu các cửa sổ động đang được phát triển nhưng sẽ thường không có được nhiều chế độ như vậy trong một hệ thống.

Delia Milliron, đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết: “Việc phát hiện ra khả năng kiểm soát ánh sáng băng tần kép (hồng ngoại và khả kiến) trong một vật liệu đã được cộng đồng nghiên cứu cửa sổ thông minh biết đến có thể đẩy nhanh sự phát triển của các sản phẩm thương mại với các tính năng nâng cao”.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí ACS Photonics.

P.T.T (NASATI), theo https://newatlas.com/materials/electrochromic-dynamic-windows-block-light-heat/, 25/9/2023