建築物的能源消耗約佔全球總能源使用量的40%,而大部分能源都浪費在冷暖氣系統上,因為建築外殼普遍缺乏維持室內舒適溫度的能力。其中,窗戶是能量流失的主要途徑,儘管窗戶平均只佔建築外殼面積的8%(現代高級住宅可達30%),卻造成約50%的熱量耗散。目前解決這個問題的方法,包括使用透明的纖維素或二氧化矽氣凝膠,以及真空絕緣玻璃,但這些材料在量產規模、密封完整性和製造成本上仍無法與現今常用的材料匹敵。雖然纖維素氣凝膠薄膜可以達到窗戶改裝後所需的光學特性,但這種材料一旦做得太厚(超過幾毫米),就會失去透明度,而材料不夠厚就無法提供足夠的隔熱效果,這限制了其在窗戶上的應用;傳統氣凝膠的問題在於內部孔洞的大小參差不齊,有些很小(奈米級),有些很大(微米級),這種不均勻性讓材料看起來像霧一樣不透明,既無法用在窗戶上,隔熱效果也不理想。儘管近年在奈米級結構控制上有所進展,傳統氣凝膠仍有個根本缺陷:無法精確控制孔洞大小。要達到高透明度和低熱傳導,孔洞必須遠小於可見光波長和空氣分子的平均自由路徑(約60奈米),但傳統氣凝膠做不到這點。目前科學家雖然已開發出孔洞大小均勻一致的介孔材料(mesoporous material),例如介孔二氧化矽,這些材料通常是利用界面活性劑的自組裝行為來控制孔洞結構,但這類材料從未被製造成建築所需的大尺寸,其熱絕緣和光學透明度等性質也尚未被系統性地研究和最佳化。
近日,美國科羅拉多大學波德分校的研究團隊,成功製造出一種名為MOCHI(介孔光學透明隔熱材料)的材料,這種材料是由聚矽氧烷奈米管網絡組成的透明且高效隔熱的薄膜材料(直接貼在傳統玻璃上)。他們除了能製造出面積達一平方公尺且厚度為3毫米的MOCHI薄膜,也能製造出厚度達3公分的MOCHI厚板,而這些材料內部的奈米管和孔洞等所有結構都非常小,全部在50奈米以下。透過調整孔洞大小、排列方式,以及材料中固體所佔的比例,MOCHI的熱導率為10-12 mW K−1 m−1(遠低於靜止空氣的27 mW K−1 m−1),以及透光率大於99%(遠高於玻璃的92%),且霧度係數小於1%。這種材料的折射率為1.025至1.030,幾乎與空氣(1.0003)相同,使其即使在大入射角下仍保持高透明度。