در فصل تابستان برای خنک کردن منازل از وسایل سرمایشی استفاده می‌شود. استفاده از این وسایل در طول روز مصرف انرژی را به شدت افزایش میدهد. این امر پژوهشگران را به یافتن راهی برای ذخیره سازی انرژی و کاهش اتلاف انرژی تشویق می‌کند. یکی از روش‌های معمول عایق بندی مناسب ساختمان است. در این مقاله از مجله‌ی فناوریهای توان افزا و پوشیدنی به روشی برای عایق بندی شیشه‌ها و پنجره‌ها اشاره می‌کنیم.
در این راستا پژوهشگران MIT یک لایه‌ی نازک برای شیشه‌ها ساخته‌اند. این لایه تا ۷۰ درصد جذب گرمای ناشی از تابش خورشید را کاهش میدهد. این لایه در دماهای زیر ۳۲ درجه سانتیگراد کاملا شفاف است. در دماهای بالاتر از ۳۲ درجه سانتیگراد لایه‌ی ذکر شده گرما را پس می‌زند. سازندگان این فناوری تخمین می‌زنند که استفاده از این فناوری مهندسی میزان مصرف انرژی را تا ۱۰ درصد کاهش میدهد.
این لایه‌ی خاص مانند یک سلفن شفاف است. عملکرد ویژه‌ی آن در برابر گرما ناشی از میکروذرات خاص به کار رفته در آن است. این میکروذرات در دماهای بالاتر از ۳۲ درجه‌ی سانتیگراد جمع می‌شوند و فاز خود را تغییر می‌دهند. در حالت متراکم ظاهر این ماده کمی کدر می‌شود.
در فصل تابستان این لایه‌ی محافظ به شکل طبیعی ساختمان را خنک می‌سازد. در عین حال میزان قابل قبولی نور خورشید نیز وارد ساختمان خواهد شد. به گفته‌ی Nicholas Fang، استاد دانشکده‌ی مهندسی مکانیک دانشگاه MIT، این لایه‌ی محافظ یک راه حل جایگزین برای شیشه‌های هوشمند است. یکی از محاسن این فناوری ارزان بودن آن است.
شیشه‌های هوشمند کنونی با دریافت انرژی کدر شده و نور خورشید را عبور نمی‌دهند. مصرف انرژی خود عاملی است که شیشه‌های هوشمند را در دسته‌ی فناوریهای گران قرار میدهد. دکتر Fang به دنبال راهی برای ساخت شیشه‌های هوشمند بدون مصرف انرژی بود. نتایج پژوهش‌های دکتر Fang و همکارانش در دانشگاه هنگ کنگ در مجله‌ی Joule به چاپ رسیده است.
شکل گیری ایده برای شروع پژوهش
سال گذشته پژوهشگران دانشگاه هنگ کنگ به دنبال راهی برای کاهش مصرف انرژی در فصل تابستان بودند. در هنگام گرما دمای هوای منطقه به شدت افزایش می‌یابد و مصرف انرژی به اوج خود می‌رسد. شهر بزرگی مانند هنگ کنگ فرجه اندکی برای مدیریت انرژی دارد. در حال حاضر این شهر متعهد به کاهش مصرف ۴۰ درصدی انرژی تا سال ۲۰۲۴ گشته است.
در این میان یافته‌ی دکتر Fang ایده‌ای برای این کار مطرح کرد. آنان دریافتند که بخش قابل توجهی از افزایش دمای ساختمان‌ها ناشی از طریق پنجره‌ها و با تابش خورشید است. در واقع در حدود ۵۰۰ وات انرژی در هر متر مکعب از ساختمان‌های این شهر به صورت تابش گرمایی وارد ساختمان می‌شود.
در این هنگام تمرکز گروه دکتر Fang مطالعات مرتبط با موادی بود که فازشان تغییر می‌کرد. این گروه ایده‌ی به کارگیری این مواد برای ساخت یک لایه‌ی بازتاب دهنده‌ی نور را مطرح کرد. در صورت موفقیت لایه‌ی غیرفعال مورد نظر شیشه را عایق بندی می‌کند.
ساخت لایه ای شفاف مانند تور ماهیگیری
این گروه بررسی خود را روی ساختارها thermochromic آغاز کردند. مواد ترموکرومیک موادی هستند که به تغییر دما به شکل تغییر فاز، رنگ و یا تغییر رفتار در برابر گرما واکنش می‌دهند. ماده‌ی انتخاب شده در نهایت Poly یا میکروذرات (N-isopropylacrylamide)-2-Aminoethylmethacrylate hydrochloride بود. این میکروذرات ساختارهایی کروی از فیبر در هم تنیده‌ی پرشده با آب هستند. در دمای بالاتر از ۳۲ درجه‌ی سانتیگراد این کره‌ها جمع می‌شوند و نور را به شکلی متفاوت پخش می‌کنند. در نتیجه لایه‌ی مورد نظر کدر می‌شود.
برای درک بهتر موضوع دکتر Fang ساختار خود را به تور ماهیگیری در آب تشبیه کرد. در حالت معمولی آب فراوان دیدن تور را دشوار می‌کند. اما وقتی تور جمع شود و آب خود را بیرون بریزد، می‌توان خود تور را هم دید.
نوآوری گروه دکتر Fang استفاده از میکروذرات به جای نانوذرات بوده است. در پژوهش‌های پیشین استفاده از نانوذرات با ابعاد ۱۰۰ نانومتر سبب عبور موثر نور خورشید بود. لذا ماده مورد نظر در برابر نور شفاف بود. چراکه این ذرات کوچک مانعی برای عبود نور ایجاد نمی‌کرد. در این حالت ذرات عایق خوبی نیز نبود. ذرات گروه دکتر Fang ابعادی از مرتبه‌ی ۵۰۰ نانومتر دارد.
سخن نهایی
گروه لایه‌ی پیشنهادی خود را در میان دو شیشه شفاف به ابعاد ۳۰ در ۳۰ سانتی‌متر قرار داد. تابانیدن نور لامپ ظاهر شیشه را تغییر داد و چیزی مشابه شیشه‌ی یخ زده مشاهد شد. این ساختار ۷۰ درصد نور لامپ را پس می‌زد. از بیان سایر آزمایش‌های این گروه در این‌جا صرفنظر می‌کنیم.
ساخت لایه‌ای برای عایق بندی منفعل شیشه مطمئنا می‌تواند مفید باشد. در آینده گروه قصد دارد آزمایش‌های خود را برای تغییر فرمول ماده و ساخت ماده‌ای بهتر ادامه دهد.
بیشتر بخوانیم
گرد و غبار هوشمند در راه است : آشنایی با کاربرد های فناوری MEMS
معرفی ۹ ربات پیشرو در صنعت کشاورزی
مروری بر اخبار فناوری های مهندسی منتشر شده در تابستان ۱۳۹۷ (بخش نخست)
