La startup del professore di ingegneria della U of T riceve finanziamenti federali per la produzione di energia solare

La finestra perfetta: questo è l'obiettivo del professore ECENazir Kheranie i suoi collaboratori della startup 3E Nano Inc.

Un aspetto di quella finestra perfetta è un rivestimento nanosottile che può più che raddoppiare la protezione termica delle finestre residenziali e commerciali. Quella tecnologia è ora sulla buona strada per la commercializzazione, grazie in parte ai 5 milioni di dollari di finanziamenti federali da parte della Sustainable Development Technology Canada annunciati a fine febbraio.

“Le finestre sono l’anello energetico più debole in qualsiasi edificio”, afferma Kherani, co-fondatore di 3E Nano nel 2015. “Pensa al calore che fuoriesce nei mesi invernali e al calore che entra nello spazio fresco e ventilato durante i mesi estivi.

“La resistenza di una finestra al flusso di calore è misurata dal valore R, che è la capacità di impedire al calore di fluire o fuoriuscire da un edificio. Attualmente, le finestre 3E Nano, sia nel prototipo che nella distribuzione pre-alpha, classificano R8 e versioni successive. Ciò è paragonabile notevolmente a una finestra media, il cui valore R rientra in un intervallo che va da R1 di un pannello singolo a R3, un pannello doppio.

Come è riuscita 3E Nano a raggiungere questo traguardo? Nella sua configurazione più semplice, il rivestimento 3E Nano comprende una pellicola metallica nanosottile inserita tra due pellicole nanosottili simili allo zaffiro. Questo stack dielettrico-metallo-dielettrico a tre strati è opaco a determinate lunghezze d'onda della luce, ma non ad altre. Di conseguenza, il rivestimento può controllare il flusso di luce che entra ed esce dall’edificio su tre parti dello spettro solare: visibile, infrarosso a frequenza vicina e infrarosso a media frequenza.

Sia la luce del vicino infrarosso, che rappresenta quasi la metà dell'energia totale del sole, sia la luce del medio infrarosso possono essere riflesse. Ciò impedisce al calore del sole di penetrare all'interno, ma impedisce anche al calore ambientale all'interno dell'edificio (ovvero, la radiazione nel medio infrarosso) di fuoriuscire attraverso le finestre, ottenendo una bassa emissività. Allo stesso tempo, la luce naturale visibile viene lasciata passare attraverso la finestra verso l'interno, riducendo la necessità di illuminazione interna artificiale.

Kherani ritiene che il rivestimento di 3E Nano sia destinato a diventare un prodotto mainstream. Attribuisce all'esperienza nel settore del team di 3E Nano un ruolo fondamentale nella ricerca.

"La combinazione dell'alluminio e dell'azoto, abbondanti sulla terra, dà come risultato un materiale di rivestimento simile allo zaffiro nelle sue proprietà ottiche e strutturali", afferma. “La stabilità e il carattere multifunzionale della struttura simile allo zaffiro sono adatti alla produzione a basso costo e ad alti volumi”.

In sostanza, il rivestimento è una struttura unidimensionale nanosottile ma resistente. Viene applicato mediante deposizione sputtering, un processo che scaglia atomi di argon in un bersaglio di alluminio in un sistema a vuoto, facendo cadere gli atomi di alluminio come palle da biliardo in un substrato polimerico leggero.

Dopo l'aggiunta di azoto gassoso, la reazione chimica risultante forma una pellicola incolore simile allo zaffiro, spessa solo decine di nanometri (circa un millesimo dello spessore di una ciocca di capelli). Questo, opportunamente combinato con uno strato d'argento nanosottile, si traduce in un rivestimento robusto che può essere regolato per le proprietà ottiche ed elettriche.

Kherani e il suo team immaginano altri aspetti della finestra perfetta come funzionalità integrate che vanno dalla strutturazione dei metamateriali ai sistemi dinamici che mantengono le temperature ideali e l'illuminazione naturale all'interno degli edifici.

"In laboratorio, abbiamo creato un metamateriale che mantiene proprietà di bassa emissione e di controllo solare ma ha un'elevata trasparenza nella gamma dei gigahertz fondamentale per la comunicazione - ispirato alla natura con motivi esagonali a nido d'ape quasi invisibili", afferma Kherani.

"Il professor Kherani ha gli occhi puntati sulle soluzioni di sostenibilità che rimangono scalabili", afferma il professore presidente dell'ECEDeepa Kundur . "La sua startup 3E Nano è un brillante esempio di come l'industria può modellare e indirizzare la ricerca, e ha dato a 3E Nano tutte le possibilità di avere un impatto positivo nel mercato verde."

Kundur sottolinea inoltre che è grazie a ricercatori come Kherani che l'Università di T è stata recentemente nominata tra i primi 10 istituti di ricerca per l'innovazione globale.