Стартап профессора инженерного дела Университета штата Техас получил федеральное финансирование на производство солнечной энергии

Идеальное окно: вот цель профессора ЕЭКНазир Херании его сотрудники из стартапа 3E Nano Inc.

Одним из аспектов этого идеального окна является нанотонкое оконное покрытие, которое может более чем удвоить тепловую защиту жилых и коммерческих окон. Эта технология сейчас находится на пути к коммерциализации, отчасти благодаря федеральному финансированию в размере 5 миллионов долларов США от Sustainable Development Technology Canada, объявленному в конце февраля.

«Окна — самое слабое энергетическое звено в любом здании», — говорит Херани, соучредитель 3E Nano в 2015 году. «Подумайте о том, как тепло уходит в зимние месяцы и попадает в прохладное вентилируемое помещение в летние месяцы.

«Сопротивление окна тепловому потоку измеряется значением R, которое представляет собой способность предотвращать попадание тепла в здание или его выход из него. В настоящее время окна 3E Nano — как в прототипе, так и в предварительной альфа-версии — имеют рейтинг R8 и выше. Это заметно сравнимо со средним окном, значение R которого находится в диапазоне от R1 для одинарного стекла до R3 для двойного стекла».

Как 3E Nano удалось добиться такого прорыва? В своей простейшей конфигурации покрытие 3E Nano представляет собой нанотонкую металлическую пленку, зажатую между двумя сапфироподобными нанотонкими пленками. Эта трехслойная стопка диэлектрик-металл-диэлектрик непрозрачна для определенных длин волн света, но не для других. В результате покрытие может контролировать поток света, входящего и выходящего из здания, в трех частях солнечного спектра: видимом, ближнем инфракрасном и среднечастотном инфракрасном.

Как свет ближнего инфракрасного диапазона, на который приходится почти половина общей энергии Солнца, так и свет среднего инфракрасного диапазона могут отражаться. Это не позволяет солнечному теплу проникать в помещение, но также предотвращает утечку тепла помещения внутри здания (то есть среднего инфракрасного излучения) через окна, обеспечивая низкий коэффициент излучения. В то же время естественный видимый свет проникает через окно внутрь, что снижает потребность в искусственном внутреннем освещении.

Херани считает, что покрытие 3E Nano скоро станет массовым продуктом. Он считает, что отраслевой опыт команды 3E Nano сыграл решающую роль в исследовании.

«Объединение богатого землёй алюминия и азота приводит к получению материала покрытия, похожего на сапфир по своим оптическим и структурным свойствам», — говорит он. «Стабильность и многофункциональный характер сапфироподобной структуры подходят для недорогого и крупносерийного производства».

По сути, покрытие представляет собой одномерную структуру, нанотонкую, но прочную. Его наносят методом напыления — процесса, при котором атомы аргона выбрасываются в алюминиевую мишень в вакуумной системе, выбивая атомы алюминия, как бильярдные шары, в легкую полимерную подложку.

После добавления газообразного азота в результате химической реакции образуется бесцветная сапфироподобная пленка толщиной всего несколько десятков нанометров (приблизительно одна тысячная толщины пряди волос). В сочетании с нанотонким слоем серебра это дает прочное покрытие, оптические и электрические свойства которого можно настраивать.

Херани и его команда рассматривают другие аспекты идеального окна как интегрированные функциональные возможности, начиная от структурирования метаматериалов и заканчивая динамическими системами, которые поддерживают идеальную температуру и дневное освещение внутри зданий.

«В лаборатории мы создали метаматериал, который сохраняет низкоэмиссионные и солнцезащитные свойства, но обладает высокой прозрачностью в гигагерцовом диапазоне, критическом для связи — вдохновленный природой с почти невидимыми шестиугольными сотовыми узорами», — говорит Херани.

«Профессор Херани следит за устойчивыми решениями, которые остаются масштабируемыми», - говорит профессор ЕЭК, председательДипа Кундур . «Его стартап 3E Nano является ярким примером того, как промышленность может формировать и направлять исследования, и он дал 3E Nano все шансы оказать положительное влияние на зеленый рынок».

Кундур также отмечает, что именно благодаря таким исследователям, как Херани, Университет штата Техас недавно был включен в десятку лучших исследовательских институтов в области глобальных инноваций.