Lớp phủ nhiều màu làm mát tòa nhà từ thực vật

Các nhà nghiên cứu đã tìm ra một loại vật liệu mới giúp làm mát không gian và tạo ra hiệu ứng màu sắc mà không cần sử dụng chất màu.

Tấm phủ hai lớp có kết cấu, nhiều màu làm từ vật liệu có nguồn gốc thực vật, có thể làm mát khi ở dưới ánh mặt trời

Khi nhiệt độ tăng cao, hẳn ai cũng thích được ở trong không gian mát mẻ nhờ máy điều hòa. Nhưng loại thiết bị này ngốn nhiều năng lượng và thải ra khí nhà kính.

Làm mát bức xạ ban ngày thụ động (PDRC) là một phương pháp làm mát tái tạo bằng cách tăng cường dòng nhiệt trên mặt đất ra ngoài vũ trụ thông qua việc lắp đặt các bề mặt không cần sử dụng nguồn điện nào mà vẫn trở nên mát hơn vài độ so với không khí xung quanh. Các vật liệu phát huy tác dụng này có thể giúp hạn chế việc sử dụng điều hòa không khí và các phương pháp làm mát tiêu tốn nhiều năng lượng khác.

Có một số loại sơn và lớp phủ hiện đang được phát triển có thể mang tính năng PDRC, nhưng hầu hết đều có màu trắng hay bóng loáng như gương. Không may cho chủ tòa nhà nào muốn lớp sơn PDRC có màu sắc - khi đó sẽ phải thêm các chất màu (color pigment) vào vật liệu. Nhưng chất màu hấp thụ chọn lọc các bước sóng ánh sáng và trong quá trình này xảy ra hiệu ứng nóng lên không mong muốn.

Để làm ra những bề mặt mát hơn không khí xung quanh vào ban ngày, cần một thứ vật liệu không hấp thụ ánh sáng vì hiện tượng này sẽ chuyển quang năng thành nhiệt năng - theo GS Silvia Vignolini từ Đại học Cambridge, trưởng nhóm nghiên cứu của dự án. “Chỉ có vài vật liệu sở hữu đặc tính làm mát, nhưng việc bổ sung các chất màu thường gây mất tác dụng làm mát,” cô nói.

Song có một cách để có được màu sắc mà không cần sử dụng các chất màu. Ví dụ, bong bóng xà phòng hiển thị các màu sắc khác nhau trên bề mặt. Đó là nhờ cách ánh sáng tương tác với độ dày mỏng khác nhau của lớp màng bong bóng, hiện tượng này được gọi là màu cấu trúc.

Nhóm nghiên cứu của Vignolini đã tạo được hiệu ứng màu cấu trúc với tinh thể cellulose nano (CNC), có nguồn gốc từ cellulose trong thực vật, nó có thể tạo thành lớp màng có màu óng ánh mà không cần bổ sung các chất màu.

Các nhà khoa học đã xếp lớp các vật liệu CNC với một vật liệu màu trắng làm từ ethyl cellulose, tạo thành tấm phủ PDRC hai lớp có hiệu ứng màu xanh dương, xanh lá và đỏ. Dưới ánh mặt trời, chúng mát hơn môi trường xung quanh trung bình gần 4°C. Tấm phủ một mét vuông có công suất làm mát hơn 120 Watts, ngang với nhiều loại máy điều hòa không khí dân dụng.

Tấm phủ hai lớp có kết cấu, nhiều màu làm từ vật liệu có nguồn gốc thực vật, có thể làm mát khi ở dưới ánh mặt trời

Thách thức lớn nhất là tìm được cách gắn hai lớp này lại với nhau, lớp phủ CNC rất giòn, còn lớp ethyl cellulose phải xử lý bằng plasma mới có được độ bám dính tốt. Tuy nhiên, cuối cùng nhóm nghiên cứu đã tạo ra được tấm phủ rất bền và có thể sản xuất vài mét một lần theo dây chuyền sản xuất tiêu chuẩn.

Khi làm được những tấm phủ đầu tiên rồi, nhóm nghiên cứu lại tìm cách cải thiện hình thức của nó để nó có nhiều dạng kết cấu bề mặt và màu sắc hơn, đáp ứng nhu cầu sử dụng đa dạng: cho nhà ở, văn phòng, ô tô và các kiến trúc khác.

Nhóm nghiên cứu cũng tìm cách mở rộng ứng dụng của vật liệu CNC: dùng nó làm cảm biến phát hiện các chất gây ô nhiễm hoặc những thay đổi về thời tiết. Vật liệu này sẽ rất hữu ích khi kết hợp với khả năng làm mát của các tấm phủ ethyl cellulose CNC. Chẳng hạn, lớp phủ PDRC màu xanh ở mặt ngoài tòa nhà vừa làm mát tòa nhà, vừa cảnh báo nhân viên về sự gia tăng nồng độ phân tử gây ra sương khói - một loại chất ô nhiễm không khí.

Khoahocphattrien