Những tác động của khủng hoảng khí hậu ngày càng rõ ràng và các phản ứng của con người đối với thời tiết khắc nghiệt lại làm trầm trọng thêm vấn đề về lâu dài.

Một ví dụ điển hình là máy điều hòa nhiệt độ; với tần suất ngày càng cao của những đợt nắng nóng khắc nghiệt, các thiết bị điều hòa không khí được sử dụng thường xuyên hơn trong gia đình, văn phòng và những tòa nhà công cộng.

Nhưng những thiết bị này chỉ có thể giúp ích cuộc sống chúng ta ngắn hạn, nhưng sử dụng nhiều năng lượng, gây áp lực nặng nề cho cơ sở hạ tầng điện năng, xả thải khí CO2 nhiều hơn và làm gia tăng tình trạng nóng lên toàn cầu. Các nhà khoa học đang nỗ lực giảm thiểu hậu quả bằng việc sử dụng năng lượng tái tạo thay cho nhiên liệu hóa thạch, nhưng nếu có thể điều chỉnh nhiệt độ mà không dùng năng lượng thì sẽ rất hiệu quả?

Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Khoa học Trọng điểm Nhà nước thuộc Đại học Thanh Hoa, Trung Quốc thành công phát triển một loại kính "thông minh", có khả năng thay đổi từ trong suốt sang mờ khi nóng lên hoặc bị ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp, mà họ hy vọng có thể được sử dụng để điều chỉnh nhiệt độ hiệu quả và bền vững trong các tòa nhà.

Cửa sổ thông minh là một lĩnh vực nghiên cứu tương đối mới trong kiến trúc và kỹ thuật tương lai, là lớp phủ “thông minh” trên các bề mặt tòa nhà, cửa sổ cũng là một lĩnh vực đang được quan tâm phát triển. Các nhà khoa học tại Thanh Hoa muốn có được những thuộc tính tích cực của kính thông minh và giải quyết một nhược điểm chung: thời gian phản ứng chậm.

Nhóm nghiên cứu Thanh Hoa thành công phát triển một loại kính thông minh có thể nhanh chóng tự chuyển đổi giữa độ trong suốt và độ mờ đục trên cơ sở poly ngậm nước (N-isopropylacrylamide), được kích hoạt bởi ánh sáng trắng, hồng ngoại và kích thích nhiệt trực tiếp. Thời gian phản hồi nhanh nhất là ≈21 giây dưới ánh sáng trắng hoặc 5 giây khi chạm tay.

 Kính thông minh, từ mờ cho các văn phòng làm việc

Nhóm nghiên cứu thử nghiệm 250 chu kỳ liên tiếp, không có sự suy giảm hiệu suất. Độ truyền sáng kính thông minh thay đổi giữa 88,5% –93,2% (trong suốt) và 25,5% –41,6% (mờ). Phản ứng quang-nhiệt của kính thông minh là do sự chuyển pha thuận nghịch của màng poly ( N -isopropylacrylamide) ngậm nước . Loại kính thông minh này không chỉ có ưu điểm tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải mà còn rất hữu ích khi bảo vệ sự riêng tư như cửa sổ xe hơi, cửa sổ nhà và văn phòng.

Liran Ma, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: “Kính có thời gian phản hồi nhanh do hàm lượng nước phù hợp”. Hàm lượng nước mà Ma đề cập là lượng nước trong tấm phim làm cho kính “thông minh”, poly ngậm nước (N-isopropyacrylamide) (PNIPAM).

Tấm phim màng mỏng PNIPAM được kẹp giữa hai tấm kính, polyme sẽ chuyển từ trong suốt sang mờ đục và ngược lại sau những kích thích quang nhiệt. Sự thay đổi xảy ra và khi nào phụ thuộc vào hàm lượng nước trong màng PNIPAM.

Liran Ma giải thích, polyme này ban đầu không được dự định sử dụng trong thủy tinh. “Ban đầu, chúng tôi muốn sử dụng màng PNIPAM ngậm nước để đạt được độ kết dính và giải hấp phụ ánh sáng giữa các tấm kinh. Nhưng chúng tôi phát hiện ra, màng ngậm nước có thể thay đổi thuận nghịch từ trong suốt sang mờ khi chạm tay vào.

Ngoài ra, màng có thể trở lại trong suốt khi nhiệt độ xuống bằng nhiệt độ phòng và chúng tôi nhận thấy, tấm phim phù hợp cho chế tạo cửa sổ thông minh và cảm biến nhiệt độ ”.

Các nhà khoa học Thanh Hóa hiện mới chế tạo những tấm màng mỏng phim phù hợp với khí hậu ôn đới, nhưng chưa phù hợp với những tòa nhà ở vùng khí hậu khắc nghiệt hơn trên thế giới như vùng cực và xích đạo. Những kính này hiện có thể ứng dụng để giảm lượng khí thải carbon cho vùng ôn đới.

Những thử nghiệm ban đầu cho thấy kính thông minh duy trì được nhiệt độ ổn định trong nhà. Hiện nhiệt độ khiến kính phản ứng là (32,5 ℃) , hơi cao hơn nhiệt độ thường trong các tòa nhà, khoảng 25-28 ℃ đối với hầu hết mọi người. Các nhà khoa học Trung Quốc tiếp tục nghiên cứu phát triển, để màng mỏng polymer có thể thích ứng với các điều kiện khắc nghiệt, nhiệt độ phản ứng của PNIPAM phải phù hợp với nhiệt độ ở các vĩ độ khác nhau để đảm bảo kính hoạt động hiệu quả và có thể điều chỉnh được hoặc gần với nhiệt độ thông thường, thì gia đình hoặc văn phòng không cần sử dụng năng lượng để kiểm soát nhiệt độ ”.

Mục tiêu cuối cùng của nhóm nghiên cứu là công nghệ kính thông minh này loại bỏ hoàn toàn nhu cầu điều khiển nhiệt độ bằng năng lượng trong nhà, chi phí sản xuất thấp và tính ổn định lâu dài của kính thông minh.

Nhóm nghiên cứu Đại dọc Thanh Hoa tin tưởng rằng, công nghệ này có thể được sản xuất hàng loạt. “Chúng tôi đang thử một số phương pháp sản xuất phổ biến như in, sơn, cán, v.v. có thể dễ dàng sản xuất công nghiệp hàng loạt kính thông minh vì có nhiều phương pháp chế tạo màng mỏng PNIPAM ngậm nước ”. Công nghệ kính thông minh sẽ tiết kiệm được một con số khổng lồ năng lượng, giảm phát thải CO2 và khí nhà kính.