Để tăng cường hiệu quả làm mát ngôi nhà khi trời nắng nóng mùa hè. Các nhà khoa học đã thiết kế một lớp phủ cửa sổ trong suốt, có thể làm giảm nhiệt độ bên trong nhà mà không tiêu tốn một watt năng lượng nào.
Nhóm nghiên cứu đã thiết kế được vật liệu này với sự hỗ trợ của
công nghệ điện toán tiên tiến và trí tuệ nhân tạo (AI). Công trình nghiên cứu
được báo cáo chi tiết trên tạp chí ACS Energy Letters.
Phim cách nhiệt giữ cho phòng sáng và mát, phản xạ tia hồng
ngoại và cực tím của ánh sáng mặt trời và tỏa nhiệt ra không gian bên ngoài. Ảnh
ACS Energy Letters 2022.
Theo ước tính từ những nghiên cứu thống kê trước đây, quá
trình làm mát không gian sống chiếm khoảng 15% năng lượng tiêu thụ toàn cầu. Tiêu
hao năng lượng đó có thể giảm xuống với lớp phủ cửa sổ, cho phép ngăn chặn tia
cực tím và tia hồng ngoại cực gần của mặt trời. Đây là những phần quang phổ mặt
trời con người không nhìn thấy, nhưng những chùm tia này xuyên qua kính gây nóng
lên trong một căn phòng kín.
Việc sử dụng năng lượng có thể giảm hơn nữa nếu lớp phủ tỏa
nhiệt từ bề mặt cửa sổ với bước sóng truyền qua bầu khí quyển vào không gian. Nhưng
rất khó để thiết kế các vật liệu, có thể vừa đáp ứng đồng thời những tiêu chí
này và nhưng có thể cho phép truyền ánh sáng nhìn thấy,
Điều này là bắt buộc để vật liệu không cản trở tầm nhìn. PGS
Eungkyu Lee thuộc Đại học Kyung Hee Hàn Quốc, GS Tengfei Luo thuộc đại học Notre
Dame Mỹ và các đồng nghiệp đã thiết kế một “bộ làm mát bức xạ trong suốt” (TRC)
có thể thực hiện được các yêu cầu kỹ thuật này.
Nhóm nghiên cứu đã chế tạo các mô hình máy tính vật liệu TRC
gồm các lớp mỏng xen kẽ của những vật liệu phổ biến như silicon dioxide,
silicon nitride, nhôm oxit hoặc titanium dioxide trên nền thủy tinh, phủ một lớp
polydimethylsiloxan.
Sử dụng công nghệ mô phỏng máy tính, nhóm nhà khoa học đã tối
ưu hóa từng lớp vật liệu, thứ tự sắp xết và sự kết hợp của các lớp, sử dụng
phương pháp hoán đổi lặp đi lặp lại bằng ứng dụng Máy học và tính toán lượng tử,
lưu trữ dữ liệu bằng phương pháp sử dụng các hạt hạ nguyên tử.
Phương pháp tính toán này thực hiện tối ưu hóa nhanh và hiệu
quả hơn so với máy tính thông thường do có thể kiểm tra hiệu quả tất cả những
khả năng kết hợp có thể chỉ trong một phần của giây. AI và tính toán lượng tử tạo
ra một thiết kế lớp phủ, khi được chế tạo, vượt trội hơn hẳn hiệu suất của những
TRC thiết kế thông thường của những kính giảm nhiệt thương mại tốt nhất trên thị
trường.
Các nhà khoa học cho biết, tại các thành phố khô nóng, TRC
được tối ưu hóa có thể giảm tiêu thụ năng lượng làm mát đến 31% so với những cửa
sổ thông thường. Phát minh sáng tạo của nhóm có thể được áp dụng cho những ứng
dụng khác như TRC được sử dụng trên cửa sổ ô tô khách và xe tải. Hơn thế nữa, kỹ
thuật tối ưu hóa với sự hỗ trợ của AI và tính toán lượng tử có thể được sử dụng
để thiết kế những loại vật liệu composite dành cho các mục tiêu cụ thể khác.