慧正資訊，莱斯大学研究人员及其合作者开发出一种新型玻璃涂层，有助于降低能源费用，尤其是在寒冷季节，它能防止漏风窗户散失热量。这种材料是一种透明薄膜，通过将碳编织进氮化硼的原子晶格中制成，可形成一层薄而坚韧的涂层，能反射热量、抗刮擦，还能抵御湿气、紫外线和温度变化。

阻止窗戶熱量流失

研究人員模擬了這種材料在紐約、北京和卡爾加裏等冬季寒冷城市的實際大小建築中的表現，結果顯示，與現有替代品相比，該材料可提高2.9%的節能效果。僅在美國，每年就安裝超過40億平方英尺的新窗戶，因此節能效果十分可觀。

根據發表在《先進材料》雜志上的一項研究，這種塗層的耐用性使其能夠塗覆在玻璃的外側，這是相較于傳統低輻射（低輻射率，簡稱低E）塗層的一大優勢。輻射率描述的是材料以熱能形式輻射熱量的能力；輻射率越低，通過玻璃散失的熱量就越少。傳統低E塗層容易受到濕度和溫度波動等環境因素的影響而降解，因此需要塗覆在窗戶的內側。

“虽然纯氮化硼的辐射率与玻璃几乎相似，但当你在其中加入少量碳时，辐射率会显著降低——这完全改变了局面，”莱斯大学本杰明·M.和玛丽·格林伍德·安德森工程学教授、材料科学与纳米工程学教授Pulickel Ajayan说道。

爲了制造這種塗層，研究團隊采用了脈沖激光沈積技術，即利用短而高能的激光脈沖轟擊固體氮化硼靶材，激發出等離子體羽流，羽流分散成蒸汽後沈積在基底上——在本例中，基底爲玻璃。由于該過程在室溫下進行，因此避免了制造粘性塗層通常所需的高溫。

“从合成角度来看，在玻璃上涂覆氮化硼确实令人惊叹且非常令人兴奋，”该研究的主要作者、薄膜合成專家Abhijit Biswas说道。

拓寬氮化硼塗層的應用領域

Ajayan指出，除了玻璃之外，同樣的低溫氮化硼沈積技術還可應用于其他材料，包括聚合物、紡織品，甚至可能還有生物表面。此外，其他可擴展的技術，如卷對卷化學氣相沈積或濺射，通過適當的工藝優化，最終有望實現商業化生産。

“這極大地拓寬了氮化硼塗層的應用領域，”作爲該研究的通訊作者，Ajayan說道。萊斯大學他的研究團隊多年來一直在研究氮化硼薄膜的生長，對該材料卓越的機械、熱和光學性能頗感興趣。

從原材料角度來看，氮化硼比大多數商用低輻射玻璃中使用的銀或氧化铟錫成本更低。不過，研究人員提醒，不應直接進行成本比較，因爲這些材料在耐用性、加工方法和技術成熟度上存在差異。即便如此，研究團隊仍看好這種塗層的長期性能，尤其是在現有材料表現不佳的惡劣環境中。

为了评估这种涂层的光学透明度以及在建筑物中的节能潜力，莱斯大学的团队与香港中文大学的龙毅Yi Long展开合作，龙毅是该研究的共同通讯作者，其团队专注于智能窗技术用功能材料的研究。Yi Long强调，这种涂层在户外环境中的耐用性是其与现有技术的关键区别。

“高耐候性使其成为首款可用于外侧的低辐射窗户涂层，其节能能力明显优于内侧的同类産品。在建筑密集的环境中，它可能是一个绝佳的解决方案，” Yi Long补充道。

合作者與貢獻者

Shancheng Wang也对这项研究做出了重要贡献，尤其在节能方面。“这种碳掺杂涂层玻璃的透明度和良好的低辐射特性，使其成为北京、纽约等城市极具竞争力的节能选择，” Shancheng Wang说。

除萊斯大學和香港中文大學外，該研究團隊還包括來自亞利桑那州立大學、康奈爾大學和多倫多大學的合作者。

這項研究得到了美國空軍科學研究辦公室（S004434-AFOSR）、美國空軍科學研究辦公室與克拉克森航空航天公司（FA9550-24-1-0004）、萊斯大學空間研究所、美國海�研究办公蔬b∟00014-22-1-2357）、美國國家科學基金會（1650114、1626418、DMR150006）、美國陸軍研究實驗室、美國國防部高性能計算現代化計劃、美國能源部（DESC0021230）、加拿大自然科學與工程研究委員會、加拿大創新基金會、香港特別行政區政府、香港中文大學、2024年深港澳科技計劃（SGDX20230821094659005）以及創新科技基金（ITS/221/23）的支持。