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.