Rice Üniversitesi araştırmacıları ve işbirlikçileri tarafından cam için geliştirilen yeni bir kaplama, özellikle soğuk mevsimde, sızdıran pencerelerden ısı kaybını önleyerek enerji faturalarının azaltılmasına yardımcı olabilir. Malzeme - yani karbonu bor nitrürün atomik kafesine dokuyarak yapılan şeffaf bir film- ısıyı yansıtan, çizilmelere direnen ve nemi, UV ışığını ve sıcaklık değişimlerini savuşturan ince, dayanıklı bir tabaka oluşturuyor.
Araştırmacılar, malzemenin New York, Pekin ve Calgary gibi soğuk kışları olan şehirlerde gerçek boyutlu bir binada nasıl davranacağını simüle ederek, mevcut alternatiflere kıyasla enerji tasarrufunu %2,9 oranında artırdığını gösterdiler. Yalnızca ABD’de yılda 4 milyar metrekareden fazla yeni pencere kurulduğu düşünüldüğünde, tasarruflar önemli boyutlara ulaşabilir. Advanced Materials’da yayınlanan bir çalışmaya göre, kaplamanın dayanıklılığı, camın dış yüzeyine yerleştirilmesine olanak tanıyor—bu, geleneksel düşük emisivite (low-E) kaplamalarına göre büyük bir avantaj. Emisivite, bir malzemenin ısıyı termal enerji olarak yayma yeteneğini tanımlar; düşük değerler camdan daha az ısı kaçtığı anlamına gelir. Geleneksel low-E kaplamalar nem ve sıcaklık dalgalanmaları gibi çevresel faktörlerden bozunmaya eğilimlidir, bu da onların pencerelerin iç yüzeyine yerleştirilmesini gerektirir.
Rice’ın Benjamin M. ve Mary Greenwood Anderson Mühendislik Profesörü ve malzeme bilimi ve nanomühendislik profesörü Pulickel Ajayan “Saf bor nitrür cama neredeyse benzer emisivite gösterse de, içine az miktarda karbon eklediğinizde emisivite önemli ölçüde düşer—ve bu oyunu tamamen değiştirir,” dedi. Kaplamayı oluşturmak için ekip, kısa, yüksek enerjili lazer patlamalarının katı bor nitrür hedefine çarparak plazma bulutları oluşturduğu ve bunların buhar halinde dağılıp bir substrata (bu durumda cam) yerleştiği bir teknik olan darbeli lazer biriktirme yöntemini kullandı. Süreç oda sıcaklığında gerçekleştiği için, yapışkan kaplamalar yapmak için tipik olarak gereken yüksek ısıdan kaçınır.
Çalışmanın baş yazarı ve ince film sentezi uzmanı Abhijit Biswas ise “Sentez açısından, bor nitrürü cam üzerine kaplamak gerçekten harika ve çok heyecan verici” dedi. Ajayan, aynı düşük sıcaklık bor nitrür biriktirme tekniğinin cam dışında polimerler, tekstiller ve hatta muhtemelen biyolojik yüzeyler dahil diğer malzemeler için de uyarlanabileceğini belirtti. Ayrıca, rulo-rulo kimyasal buhar biriktirme veya püskürtme gibi diğer ölçeklenebilir teknikler, doğru süreç optimizasyonu ile sonunda ticari üretimi mümkün kılabilir. Ajayan “Bu, bor nitrür kaplamaların uygulama alanını önemli ölçüde genişletiyor,” diye ekledi.
Rice’daki grubundaki araştırmacılar, malzemenin üstün mekanik, termal ve optik özelliklerine ilgi duyarak yıllardır bor nitrür ince film büyümesini inceliyorlar. Ham madde açısından, bor nitrür çoğu ticari low-E camda kullanılan gümüş veya indiyum kalay oksitinden daha ucuzdur. Yine de araştırmacılar, malzemeler dayanıklılık, işleme yöntemleri ve teknolojik olgunluk açısından farklılık gösterdiği için doğrudan maliyet karşılaştırmalarına karşı uyarıda bulunuyorlar. Buna rağmen ekip, özellikle mevcut malzemelerin yetersiz kaldığı zorlu ortamlarda kaplamanın uzun vadeli performansında umut görüyor.
Kaplamanın optik berraklığını ve binalarda enerji tasarrufu potansiyelini değerlendirmek için Rice ekibi, akıllı pencere teknolojileri için fonksiyonel malzemeler üzerine odaklanan grubunun bulunduğu Hong Kong Çin Üniversitesi’nden ortak sorumlu yazar Yi Long ile ortaklık kurdu. Long, kaplamanın dış koşullardaki dayanıklılığını mevcut teknolojilerden temel bir ayrım olarak vurguladı.
“Yüksek hava koşullarına dayanıklılık, onu ilk dış yüzeye bakan low-E pencere kaplaması yapıyor ve iç yüzeye bakan karşılığından açıkça daha iyi performans gösteren enerji tasarrufu kapasitesine sahip,” dedi Long. “Yoğun yapılaşmış ortamlarda mükemmel bir çözüm olabilir.
Shancheng Wang da özellikle enerji tasarrufu açısından araştırmaya önemli katkılarda bulundu. “Şeffaflık seviyesi ve umut verici düşük emisivite, karbon katkılı kaplamalı camı Pekin ve New York gibi şehirler için rekabetçi bir enerji tasarrufu seçeneği yapıyor,” dedi Wang. Bilimsel ekip, Rice ve Hong Kong Çin Üniversitesi’ne ek olarak, Arizona Eyalet Üniversitesi, Cornell Üniversitesi ve Toronto Üniversitesi’nden işbirlikçileri de içeriyordu.
