Ученые из Университета Райса создали новое покрытие для стекла, которое поможет сократить счета за отопление — особенно зимой. Оно отражает тепло, не боится царапин, влаги, ультрафиолета и перепадов температур. В основе материала — тонкая пленка из углерода, вплетенного в кристаллическую решетку нитрида бора.

Результаты опубликованы в издании Advanced Materials.

Исследователи смоделировали, как такое покрытие поведет себя в реальных зданиях в Нью-Йорке, Пекине и Калгари.

Оказалось, оно экономит на 2,9% больше энергии, чем существующие аналоги.

Учитывая, что только в США ежегодно устанавливают больше 4 миллиардов квадратных футов стекла, экономия может быть огромной.

Обычные энергосберегающие покрытия (low-E) быстро портятся от влаги и перепадов температур, поэтому их наносят только на внутреннюю сторону стекла. Новый материал, в отличие от них, можно размещать снаружи — он намного прочнее.

Чистый нитрид бора по теплоотражению почти не отличается от стекла, но стоит добавить немного углерода — и все меняется, — объясняет Пуликель Аджаян, профессор инженерии и материаловедения.

Покрытие создают методом импульсного лазерного напыления: короткие мощные импульсы бьют по мишени из нитрида бора, превращая ее в плазму, которая оседает на стекле.

Процесс идет при комнатной температуре, что упрощает производство.

Синтезировать нитрид бора на стекле — сложная, но увлекательная задача, — говорит Абхиджит Бисвас, ведущий автор исследования.

Технологию можно адаптировать не только для стекла, но и для пластика, тканей и даже биологических поверхностей. А если оптимизировать методы вроде химического осаждения из паровой фазы, производство станет коммерчески выгодным.

Сырье для покрытия — нитрид бора — дешевле серебра и оксида индия-олова, которые используют в обычных low-стеклах. Но сравнивать стоимость напрямую пока рано: технология новая, и ее долговечность еще нужно проверить в реальных условиях.

Чтобы оценить прозрачность и энергоэффективность покрытия, команда из Райса сотрудничала с И Лун из Китайского университета Гонконга.

Это первое покрытие, которое можно наносить на внешнюю сторону стекла — оно намного долговечнее аналогов, — подчеркивает Лун.

Шаньчэн Ван, еще один участник исследования, добавляет:

Для таких городов, как Пекин или Нью-Йорк, это может стать отличным решением.

Главное преимущество — долговечность. Современные энергосберегающие покрытия быстро деградируют на улице, а новое выдерживает влагу, мороз и ультрафиолет. Это значит, что его можно наносить снаружи, где оно эффективнее отражает тепло.

Экономия в 2,9% на первый взгляд кажется небольшой, но в масштабах мегаполиса это миллионы долларов. Плюс — технология дешевле аналогов и подходит не только для стекла, но и для других материалов.

Пока исследование опирается на моделирование, а не на реальные испытания в зданиях. Хотя лабораторные тесты многообещающи, нужно проверить, как покрытие поведет себя после 5–10 лет эксплуатации. Кроме того, метод лазерного напыления пока не масштабирован для массового производства.

Ранее российские ученые разработали новый метод напыления на солнечные панели для получения полупрозрачного покрытия.