納米材料可以幫助提高窗戶的效率

能源部(DOE)的阿貢國家實驗室(Argonne National Laboratory)的一組研究人員正在使用納米材料來改善商業和住宅建筑中現有單窗格窗戶的能源效率。該團隊最近獲得了能源部高級研究計劃局能源(ARPA-E)的310萬美元撥款，用于開發有助于實現該目標的技術。團隊正在開發的納米泡沫-被稱為具有超隔熱和隔音性能的納米蜂窩復合材料-使用直徑小于100納米的氣泡來阻擋熱量和聲音通過玻璃窗的傳遞，同時允許可見光通過并保持類似的清晰度正常的窗戶。

Argonne首席建筑科學家Ralph Muehleisen說：“這確實是訣竅，既可以阻止熱量和聲音的傳遞，又可以保持透明度。” “開發一種絕緣的涂層是相當簡單的，但是要獲得薄的并且仍然可以透視的涂層是一項重大的技術挑戰。”

納米泡沫將被擠壓成約三毫米厚的薄片，通過使用微小的氣泡來減少氣體分子之間的碰撞，從而產生隔熱效果，從而減少了熱能的傳遞。當氣泡減小到該比例時，就可以實現超絕熱。

具有較大氣泡的泡沫可以執行類似的功能，但是這些氣泡會散射可見光，從而使窗口模糊且透明度較低。氣泡需要以大約100納米或更小的尺寸生成，并正確分布，然后在宿主介質中雕刻以達到可接受的清晰度。相比之下，人的頭發大約是60,000納米寬，而DNA分子是2-3納米寬。

根據ARPA-E，單窗格窗口占窗口的30%至40%，具體取決于區域。單窗格窗戶的熱量至少是雙窗格窗戶的兩倍，因此，翻新所有這些窗戶每年可為消費者節省約120億美元的能源成本。

納米泡沫團隊融合了納米材料科學家，聚合物科學家，化學，工藝和建筑工程師的專業知識，以及能源部科學辦公室用戶設施阿貢的納米級材料中心的專業知識。該團隊還包括芝加哥大學分子工程研究所，勞倫斯伯克利國家實驗室(LBNL)和天普大學化學系的研究人員。

阿貢大學科學副實驗室主任馬特·蒂雷爾(Matt Tirrell)說：“這項努力確實顯示了跨領域科學合作的力量。” “通過將這些獨特的技能和設施整合在一起，我們就有能力取得重大突破，有望實現對建筑節能的巨大改變。”