Startup do professor de engenharia da U of T recebe financiamento federal para fabricar energia solar

A janela perfeita: esse é o objetivo do professor da ECENazir Kheranie seus colaboradores na startup 3E Nano Inc.

Um aspecto dessa janela perfeita é um revestimento de janela nanofino que pode mais que dobrar a proteção térmica de janelas residenciais e comerciais. Essa tecnologia está agora a caminho da comercialização, graças em parte aos 5 milhões de dólares em financiamento federal da Sustainable Development Technology Canada, anunciado no final de fevereiro.

“As janelas são o elo energético mais fraco em qualquer edifício”, diz Kherani, cofundador da 3E Nano em 2015. “Pense no calor que escapa nos meses de inverno e no calor que entra no espaço fresco e ventilado durante os meses de verão.

“A resistência de uma janela ao fluxo de calor é medida pelo valor R, que é a capacidade de evitar que o calor entre ou escape de um edifício. Atualmente, as janelas 3E Nano – tanto em protótipo quanto em implantação pré-alfa – têm classificação R8 e superior. Isso se compara notavelmente a uma janela média, cujo valor R está em uma faixa de R1 de um painel único a R3, um painel duplo.”

Como o 3E Nano conseguiu alcançar esse avanço? Em sua configuração mais simples, o revestimento 3E Nano compreende um filme metálico nanofino imprensado entre dois filmes nanofinos semelhantes a safira. Esta pilha dielétrica-metal-dielétrica de três camadas é opaca para certos comprimentos de onda de luz, mas não para outros. Como resultado, o revestimento pode controlar o fluxo de luz que entra e sai do edifício em três partes do espectro solar: o visível, o infravermelho de frequência próxima e o infravermelho de frequência média.

Tanto a luz infravermelha próxima, que representa quase metade da energia total do sol, quanto a luz infravermelha média podem ser refletidas. Isto evita que o calor do sol penetre no interior, mas também evita que o calor ambiente no interior do edifício (ou seja, a radiação infravermelha média) escape pelas janelas – alcançando baixa emissividade. Ao mesmo tempo, a luz natural visível é permitida através da janela para o interior, reduzindo a necessidade de iluminação interior artificial.

Kherani acredita que o revestimento da 3E Nano está prestes a se tornar um produto convencional. Ele credita à experiência industrial da equipe da 3E Nano um pivô crítico na pesquisa.

“A combinação de alumínio e nitrogênio abundantes na terra resulta em um material de revestimento semelhante à safira em suas propriedades ópticas e estruturais”, diz ele. “A estabilidade e o caráter multifuncional da estrutura semelhante a safira são adequados para fabricação de alto volume e baixo custo.”

Em essência, o revestimento é uma estrutura unidimensional nanofina, mas forte. É aplicado por deposição por pulverização catódica, um processo que lança átomos de argônio em um alvo de alumínio em um sistema de vácuo, batendo os átomos de alumínio como bolas de bilhar em um substrato de polímero leve.

Depois de adicionar gás nitrogênio, a reação química resultante forma um filme incolor semelhante a uma safira com apenas dezenas de nanômetros de espessura (aproximadamente um milésimo da espessura de um fio de cabelo). Isso combinado apropriadamente com uma camada de prata nanofina resulta em um revestimento robusto que pode ser ajustado para propriedades ópticas e elétricas.

Kherani e sua equipe imaginam outros aspectos da janela perfeita como funcionalidades integradas que vão desde a estruturação de metamateriais até sistemas dinâmicos que mantêm temperaturas ideais e iluminação natural dentro dos edifícios.

“No laboratório, criamos um metamaterial que retém propriedades de baixa emissividade e controle solar, mas tem alta transparência na faixa de gigahertz, crítica para a comunicação – inspirado na natureza com padrões de favo de mel hexagonais quase invisíveis”, diz Kherani.

“O professor Kherani está de olho em soluções de sustentabilidade que permaneçam escalonáveis”, afirma o professor titular da ECEDeepa Kundur . “Sua startup 3E Nano é um exemplo brilhante de como a indústria pode moldar e direcionar a pesquisa, e ele deu à 3E Nano todas as chances de um impacto positivo no mercado verde.”

Kundur também aponta que é por causa de pesquisadores como Kherani que a U of T foi recentemente nomeada uma das 10 principais instituições de pesquisa em inovação global.