Tấm màng khiến phòng mát lạnh mà không tốn tiền bật điều hòa

Được làm tổng hợp từ vi cầu trong suốt, polimer và bạc, loại vật liệu này ứng dụng phương pháp làm mát bức xạ thụ động để làm tiêu tan đi cái nóng từ vật thể nó bao bọc. Loại vật liệu này có khả năng loại bỏ năng lượng như bức xạ hồng ngoại cũng như phản chiếu ánh sáng Mặt trời.

Đây là sản phẩm của đội khoa học thuộc Trường Đại học Colorado Boulder (CU-Boulder) sau khi nhận được khoản trợ cấp nghiên cứu 3 triệu USD từ cơ quan năng lượng thuộc Bộ Năng lượng Mỹ năm 2015.

Phương pháp làm mát bức xạ là một quá trình tự nhiên mà qua đó vật thể giải phóng sức nóng qua dạng tia hồng ngoại. Mọi vật liệu trong nhiệt độ phòng sẽ loại bỏ tia hồng ngoại có bước sóng từ 5-15 μm. Tuy nhiên, quy trình này không thực sự hiệu quả vì nó sẽ trở nên vô dụng trước các tác động bên ngoài mà làm nóng vật thể, như ánh nắng Mặt trời hay luồng khí nóng. Trong khi đó, không khí tiếp nhận và loại bỏ rất ít tia bức xạ có bước sóng 8-13 μm.

Chính vì vậy, các nhà nghiên cứu Trường Đại học CU-Boulder đã tìm cách thúc đẩy quá trình tự nhiên này và khiến cho các vật thể loại bỏ hiệu quả tia hồng ngoại thông qua một "cửa sổ" khí quyển. Về mặt lý thuyết, vật liệu mới này có thể đưa ra một phương án giải quyết đơn giản nhiệm vụ làm mát các tòa nhà và máy móc sinh nhiệt mà không cần các thiết bị điện.

Trong khi các loại vật liệu làm mát bức xạ ban đêm, bao gồm sơn màu pigment, đã chứng minh được thành công, thì khi ứng dụng ban ngày lại gặp nhiều thách thức. Vấn đề nảy sinh ở chỗ các vật liệu đó hấp thu ánh sáng Mặt trời, nhanh chóng vượt mức năng lượng làm mát và đốt cháy bề mặt vật.

Chính vì vậy, điều này đã thôi thúc các nhà nghiên cứu CU-Boulders tạo ra một vật liệu vừa phản chiếu ánh nắng Mặt trời vừa cho phép quá trình phát xạ tia hồng ngoại.

Họ tạo ra một tấm màng mỏng linh hoạt có hai lớp: một lớp polymer trong suốt chứa các hạt vi cầu đường kính 8 μm silicon-dioxide (SiO2) phân tán ngẫu nhiên và một lớp phủ bạc dày 200 nm.

Ronggui Yang - tác giả của bài nghiên cứu khoa học trên giải thích: “Tấm phim polymer-trong suốt được phân tán ngẫu nhiên là vật liệu có thể làm nên điều kỳ diệu. Tấm phim này trong suốt trước quang phổ Mặt trời song lại có thể giải phóng tia hồng ngoại. Tính cộng hưởng tập thể của các vi cầu sẽ đảm bảo tấm phim hiệu quả trong việc bức xạ tia hồng ngoại. Đồng thời, ánh sáng Mặt trời có thể xuyên qua vật liệu trên và phản lại qua lớp bạc phủ, ngăn chặn tình trạng nóng lên.

Trong các buổi thử nghiệm, kết quả năng lượng giải phóng qua quá trình làm mát trung bình của tấm phim thần kỳ này là hơn 110 W/m2 trong suốt 72 tiếng đồng hồ, giữa trưa năng lượng trung bình là 93 W/m2. Con số này tương đương với lượng điện được tổng hợp từ một tấm pin Mặt trời điển hình có cùng diện tích. Tấm phim polymer-trong suốt có thể được sử dụng để tráng lên bề mặt pin Mặt trời, không chỉ làm mát mà còn tăng tính hiệu quả của pin.

Nhà nghiên cứu Yang nhận xét: “Ưu điểm chính của công nghệ lần này là có thể hoạt động 24/7 mà không cần dùng điện hoặc nước. Chúng tôi vui mừng vì cơ hội có thể khám phá ra các ứng dụng tiềm năng trong ngành công nghiệp năng lượng, không gian vũ trụ, nông nghiệp…”

Tuy nhiên, việc bọc tấm phim thành một lớp bao quanh các tòa nhà sẽ không đơn giản như việc tạo phủ một lớp trên mái. Tấm phim có thể làm mát tòa nhà vào mùa hè oi bức, song nếu như vào ban đêm hay mùa đông, tấm phim này vẫn sẽ tiếp tục quá trình làm giảm nhiệt độ của mình. Chính vì vậy, nhóm nghiên cứu CU-Boulder cần phải nghĩ ra một thiết kế hệ thống giữ nhiệt, giống hệ thống làm nóng bằng hơi nước, giúp kiểm soát được nhiệt độ trong tòa nhà.