La startup d'un professeur de génie de l'Université de Toronto reçoit un financement fédéral pour fabriquer de l'énergie solaire

La fenêtre parfaite : tel est l'objectif du professeur d'ECENazir Kheraniet ses collaborateurs de la startup 3E Nano Inc.

L’un des aspects de cette fenêtre parfaite est un revêtement de fenêtre nano-mince qui peut plus que doubler la protection thermique des fenêtres résidentielles et commerciales. Cette technologie est maintenant en voie d'être commercialisée, en partie grâce au financement fédéral de 5 millions de dollars de Technologies du développement durable Canada annoncé fin février.

« Les fenêtres constituent le maillon énergétique le plus faible de tout bâtiment », explique Kherani, cofondateur de 3E Nano en 2015. « Pensez à la chaleur qui s'échappe pendant les mois d'hiver et à la chaleur qui pénètre dans l'espace frais et ventilé pendant les mois d'été.

« La résistance d'une fenêtre au flux de chaleur est mesurée par la valeur R, qui est la capacité à empêcher la chaleur de pénétrer dans un bâtiment ou de s'en échapper. Actuellement, les fenêtres 3E Nano – en prototype ainsi qu’en déploiement pré-alpha – sont classées R8 et supérieures. Cela se compare remarquablement à une fenêtre moyenne, dont la valeur R se situe dans une plage allant de R1 pour un vitrage simple à R3, pour un vitrage double.

Comment 3E Nano a-t-il pu réaliser cette avancée ? Dans sa configuration la plus simple, le revêtement 3E Nano comprend un film métallique nano-fin pris en sandwich entre deux films nano-minces de type saphir. Cet empilement diélectrique-métal-diélectrique à trois couches est opaque à certaines longueurs d'onde de lumière, mais pas à d'autres. En conséquence, le revêtement peut contrôler le flux de lumière entrant et sortant du bâtiment sur trois parties du spectre solaire : le visible, l’infrarouge proche fréquence et l’infrarouge moyenne fréquence.

La lumière proche infrarouge, qui représente près de la moitié de l'énergie totale du soleil, et la lumière infrarouge moyen peuvent être réfléchies. Cela empêche la chaleur du soleil de pénétrer à l'intérieur, mais empêche également la chaleur ambiante à l'intérieur du bâtiment (c'est-à-dire le rayonnement infrarouge moyen) de s'échapper par les fenêtres, ce qui permet d'obtenir une faible émissivité. Dans le même temps, la lumière naturelle visible passe à travers la fenêtre vers l’intérieur, réduisant ainsi le besoin d’éclairage intérieur artificiel.

Kherani pense que le revêtement 3E Nano est sur le point de devenir un produit grand public. Il attribue à l'expérience industrielle de l'équipe de 3E Nano un rôle crucial dans la recherche.

"La combinaison de l'aluminium et de l'azote présents en abondance sur terre donne un matériau de revêtement similaire au saphir dans ses propriétés optiques et structurelles", dit-il. "La stabilité et le caractère multifonctionnel de la structure de type saphir sont adaptés à une fabrication à faible coût et en grand volume."

Essentiellement, le revêtement est une structure unidimensionnelle à la fois nano-fine et résistante. Il est appliqué par dépôt par pulvérisation cathodique, un processus qui projette des atomes d'argon dans une cible en aluminium dans un système sous vide, projetant les atomes d'aluminium comme des boules de billard dans un substrat polymère léger.

Après l’ajout d’azote gazeux, la réaction chimique qui en résulte forme un film incolore semblable à un saphir de seulement quelques dizaines de nanomètres d’épaisseur (environ un millième de l’épaisseur d’une mèche de cheveux). Ceci, combiné de manière appropriée à une couche d'argent nano-fine, donne un revêtement robuste qui peut être réglé pour ses propriétés optiques et électriques.

Kherani et son équipe envisagent d'autres aspects de la fenêtre parfaite comme des fonctionnalités intégrées allant de la structuration des métamatériaux aux systèmes dynamiques qui maintiennent des températures et un éclairage naturel idéaux dans les bâtiments.

"En laboratoire, nous avons créé un métamatériau qui conserve de faibles propriétés d'émission et de contrôle solaire, mais qui présente une transparence élevée dans la plage des gigahertz, essentielle pour la communication - inspiré de la nature avec des motifs hexagonaux en nid d'abeilles presque invisibles", explique Kherani.

« Le professeur Kherani a un œil sur les solutions durables qui restent évolutives », déclare le professeur titulaire de la chaire de l'ECE.Deepa Kundur . « Sa startup 3E Nano est un brillant exemple de la manière dont l'industrie peut façonner et orienter la recherche, et il a donné à 3E Nano toutes les chances d'avoir un impact positif sur le marché vert. »

Kundur souligne également que c'est grâce à des chercheurs comme Kherani que l'Université de Toronto a récemment été nommée parmi les 10 meilleurs établissements de recherche en matière d'innovation mondiale.