Lapisan kaca revolusioner menjanjikan penghematan energi yang signifikan dengan mengurangi kehilangan panas selama musim dingin. Material inovatif ini membentuk lapisan yang kuat dan transparan, mengungguli lapisan emisivitas rendah yang ada, dan memiliki beragam potensi aplikasi.
Para peneliti dari Universitas Rice, Universitas Cina Hong Kong, dan kolaborator mereka telah mengembangkan lapisan kaca inovatif yang dapat mengurangi tagihan energi secara signifikan dengan mencegah hilangnya panas selama bulan-bulan dingin.
Terobosan, diterbitkan Dalam Material Lanjutan, ini melibatkan film transparan yang dibuat dengan memasukkan karbon ke dalam struktur atom boron nitrida. Film ini membentuk lapisan tahan lama yang memantulkan panas, tahan gores, dan tidak terpengaruh oleh kelembapan, sinar UV, dan perubahan suhu.
Dalam simulasi, material baru ini meningkatkan penghematan energi sebesar 2.9% dibandingkan dengan alternatif yang ada di kota-kota bercuaca dingin seperti New York, Beijing, dan Calgary.
Dengan lebih dari 4 miliar kaki persegi jendela baru yang dipasang setiap tahunnya di Amerika Serikat, penghematan ini dapat menjadi besar.
"Meskipun boron nitrida murni menunjukkan emisivitas yang hampir sama dengan kaca, ketika Anda menambahkan sedikit karbon ke dalamnya, emisivitasnya menurun secara signifikan ⎯ dan ini mengubah permainan secara keseluruhan," kata penulis korespondensi Pulickel Ajayan, Profesor Teknik Benjamin M. dan Mary Greenwood Anderson di Rice serta profesor ilmu material dan nanoteknologi, dalam rilis berita.
Pelapis emisivitas rendah (low-E) tradisional harus dipasang pada sisi dalam jendela karena pelapis tersebut akan rusak akibat perubahan suhu dan kelembapan.
Namun, daya tahan lapisan baru ini memungkinkannya diaplikasikan pada sisi yang menghadap eksterior, sehingga memberikan keuntungan yang signifikan.
Untuk membuat lapisan tersebut, tim menggunakan pengendapan laser berdenyut, suatu teknik yang menggunakan semburan laser berenergi tinggi untuk menerapkan lapisan pada suhu ruangan, sehingga menghindari kebutuhan akan panas tinggi.
“Dari sudut pandang sintesis, pelapisan boron nitrida pada kaca benar-benar menakjubkan dan sangat menarik,” tambah penulis utama Abhijit Biswas, seorang ilmuwan peneliti di Universitas Rice.
Ajayan juga menyoroti penerapan luas teknik deposisi suhu rendah pada material lain seperti polimer dan tekstil. Lapisan ini berpotensi diproduksi secara komersial menggunakan metode yang dapat diskalakan seperti deposisi uap kimia rol-ke-rol, dengan upaya optimasi yang sedang dilakukan.
“Hal ini memperluas ruang aplikasi untuk pelapis boron nitrida secara signifikan,” tambah Ajayan, seraya mencatat bahwa boron nitrida lebih murah dibandingkan material yang saat ini digunakan dalam kaca low-E komersial.
Pengujian pada kondisi luar ruangan menunjukkan lapisan ini memiliki ketahanan cuaca yang tinggi, perbedaan yang jelas dari teknologi yang sudah ada.
"Ketahanan cuaca yang tinggi menjadikannya pelapis jendela low-E pertama yang menghadap ke luar ruangan, dengan kapasitas hemat energi yang jelas mengungguli pelapis yang menghadap ke dalam ruangan," tambah penulis korespondensi Yi Long dari Universitas Cina Hong Kong. "Ini bisa menjadi solusi yang sangat baik di lingkungan yang padat bangunan."
Saat wilayah perkotaan mencari cara untuk mengurangi konsumsi energi, lapisan baru ini dapat menawarkan solusi yang efektif.
“Tingkat transparansi dan emisivitas rendah yang menjanjikan menjadikan kaca berlapis karbon sebagai pilihan hemat energi yang kompetitif bagi kota-kota seperti Beijing dan New York,” tambah rekan penulis Shancheng Wang dari Universitas Cina Hong Kong, kontributor penting lainnya untuk proyek ini.
Penelitian ini juga mencakup kontribusi dari Arizona State University, Cornell University, dan University of Toronto.
Sumber: Rice University