ابتكر باحثون من جامعة رايس الأميركية، بالتعاون مع عدد من الجامعات العالمية، طلاءً زجاجياً جديداً قادراً على توفير استهلاك الطاقة، خصوصاً خلال فصل الشتاء، عبر الحد من فقدان الحرارة الناتج عن تسرّبها من النوافذ.
وأوضحوا أنّ هذا الطلاء يعتمد على طبقة شفّافة وصلبة مصنوعة من مركب «نيتريد البورون» المدعّم بالكربون، ما يمنحها قدرة عالية على عكس الحرارة، ومقاومة للخدوش، والعوامل المناخية مثل الرطوبة، والأشعة فوق البنفسجية، وتقلبات درجات الحرارة. ونُشرت نتائج الدراسة في دورية «المواد المتقدّمة».
وعلى عكس الطلاءات التقليدية التي تُوضع على الجانب الداخلي للنوافذ لحمايتها من الرطوبة والتلف، يتميّز الطلاء الجديد بإمكان تركيبه على الجانب الخارجي مباشرة؛ بفضل صلابته ومقاومته للعوامل الجوية، مما يوسّع مجالات استخدامه ويزيد فاعليته.
واستخدم الفريق البحثي تقنية تُعرف باسم «الترسيب بالليزر النبضي» لإنتاج الطلاء، إذ تُوجَّه نبضات ليزر قصيرة وعالية الطاقة إلى هدف صلب من «نيتريد البورون»؛ مما يولّد سحابة من البلازما تستقر على سطح الزجاج من دون الحاجة إلى درجات حرارة مرتفعة، وهو ما يسهِّل عمليات التصنيع ويجعلها أكثر مرونة.
وأشار الباحثون إلى أنّ هذه التقنية منخفضة الحرارة يمكن تكييفها لتطبيقات أخرى تشمل الطلاءات على المواد البوليمرية والمنسوجات والأسطح الحيوية. كما يمكن تطويرها لاحقاً لتصنيع الطلاء على نطاق صناعي باستخدام تقنيات مثل التبخير الكيميائي المستمر أو الرشّ بالترسيب.
ولضمان وضوح الزجاج وفاعليته في توفير الطاقة، تعاون فريق جامعة رايس مع فريق من الجامعة الصينية في هونغ كونغ، المتخصّص في مواد النوافذ الذكية.
وأكّد الفريق أنّ الطلاء الجديد يتميَّز بمتانة عالية في الظروف الخارجية؛ مما يجعله أول طلاء زجاجي منخفض الإشعاعية يمكن استخدامه على الواجهات الخارجية للنوافذ.
وأظهرت النماذج التي أُجريت على مبانٍ افتراضية في مدن ذات طقس بارد مثل نيويورك وبكين وكالغاري، أن الطلاء الجديد ساعد في توفير الطاقة بنسبة تصل إلى 2.9 في المائة، مقارنةً بالطلاءات منخفضة الإشعاعية التقليدية. ومع وجود أكثر من 4 مليارات قدم مربّعة من النوافذ الجديدة تُركَّب سنوياً في الولايات المتحدة وحدها، يمكن لهذه النسبة أن تحقّق وفورات كبيرة على مستوى استهلاك الطاقة، وفق الفريق.
وقال الباحث الرئيسي للدراسة، أستاذ علوم وهندسة المواد بجامعة رايس، الدكتور بوليكل أجايان، إنّ إدخال كمية صغيرة من الكربون على «نيتريد البورون» يخفّض قيمة الإشعاعية بشكل ملحوظ مقارنة بالزجاج العادي، وهو ما يغيّر المعادلة بالكامل، لأنّ الإشعاعية المنخفضة تعني تسرّباً أقل للحرارة عبر الزجاج.
وأضاف عبر موقع الجامعة، أن «نيتريد البورون» يتمتّع بخصائص ميكانيكية وحرارية وبصرية متميزة، فضلاً عن كونه أقل تكلفة من المواد المستخدمة حالياً في طلاء النوافذ منخفضة الإشعاعية، مثل الفضة وأكسيد الإنديوم والقصدير.
