Cách chiếu sáng của đèn LED công nghệ nanoPE

Một nghiên cứu do Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah (KAUST) phối hợp với Thành phố Khoa học và Công nghệ King Abdulaziz (KACST) (Ả Rập Xê Út) thực hiện đã chỉ ra rằng vật liệu nano có thể giúp giảm đáng kể lượng khí thải carbon từ đèn đường LED. Nhóm nghiên cứu ước tính rằng nếu triển khai công nghệ này tại Hoa Kỳ, lượng phát thải CO₂ có thể giảm hơn 1 triệu tấn.

Điểm đột phá trong nghiên cứu này là nanoPE, một vật liệu nano giúp cải thiện khả năng bức xạ nhiệt của bề mặt LED, từ đó giảm nhiệt độ hoạt động của đèn. Đèn LED khi phát sáng tạo ra một lượng nhiệt đáng kể, và nếu nhiệt độ quá cao, nó có thể làm hỏng linh kiện bên trong và giảm tuổi thọ của đèn. Trên thực tế, khoảng 75% lượng điện đèn LED tiêu thụ bị mất đi dưới dạng nhiệt.

Nhờ hạn chế sự tích tụ nhiệt, nanoPE không chỉ cải thiện hiệu suất và tuổi thọ của đèn LED mà còn giảm đáng kể lượng khí thải liên quan đến tiêu thụ điện năng.

Giáo sư Qiaoqiang Gan, trưởng nhóm nghiên cứu, chia sẻ: "Đèn LED là lựa chọn hàng đầu nhờ hiệu suất cao và tuổi thọ dài. Nhưng chỉ cần một cải tiến nhỏ cũng có thể làm chúng tốt hơn nữa, và điều này có tác động lớn đến tính bền vững. Vì khi công nghệ này được áp dụng trên diện rộng, thì ngay cả một sự cải thiện nhỏ cũng tạo ra sự khác biệt lớn."

Ông cũng cho biết chiếu sáng chiếm khoảng 20% tổng lượng điện tiêu thụ hàng năm trên thế giới và góp phần vào gần 6% tổng lượng khí nhà kính toàn cầu.

Tiến gần hơn đến chiếu sáng bền vững

Tiến sĩ Hussam Qasem, Tổng Giám đốc Viện Công nghệ Năng lượng Tương lai tại KACST và là thành viên nhóm nghiên cứu, nhấn mạnh: "Thiết kế của chúng tôi cải thiện đáng kể khả năng làm mát của đèn LED mà vẫn duy trì hiệu suất chiếu sáng cao, khiến nó trở thành một giải pháp tiềm năng cho chiếu sáng bền vững tại Ả Rập Xê Út".

Thông thường, đèn đường LED được thiết kế để chiếu ánh sáng xuống mặt đất, nhưng cũng vì thế mà nhiệt bức xạ bị giữ lại trong đèn, làm tăng nhiệt độ của hệ thống. Tuy nhiên, với công nghệ nanoPE, đèn đường có thể được lắp ngược lên trên, hướng về bầu trời thay vì mặt đất.

Lý do của sự thay đổi này là do nanoPE cho phép tia hồng ngoại (IR) – loại ánh sáng sinh nhiệt nhiều nhất – đi xuyên qua nó, trong khi ánh sáng mà mắt người có thể nhìn thấy được phản xạ trở lại.

Nghiên cứu chỉ ra rằng hơn 80% ánh sáng hồng ngoại phát ra từ đèn đường LED phủ nanoPE có thể đi xuyên qua lớp vật liệu này và thoát lên trời, giúp giảm nhiệt tích tụ bên trong đèn. Trong khi đó, hơn 95% ánh  sáng mà mắt người có thể nhìn thấy được phản xạ xuống mặt đất, giúp duy trì độ sáng hiệu quả.

Công nghệ nano từ nhựa polyethylene

NanoPE được phát triển từ polyethylene (PE) – loại nhựa được sản xuất phổ biến nhất trên thế giới.

Để tạo ra một loại nhựa nano có thể phản xạ  ánh  sáng mà mắt người có thể nhìn thấy (bước sóng ngắn) nhưng lại cho phép ánh sáng hồng ngoại (bước sóng dài) đi qua, các nhà khoa học đã tạo ra các lỗ siêu nhỏ chỉ 30 nm – nhỏ hơn khoảng 1000 lần so với độ dày của một sợi tóc người. Sau đó, họ kéo dãn và biến đổi lớp nhựa thành một tấm mỏng hơn, giúp tối ưu hóa khả năng kiểm soát ánh sáng.

Công nghệ nanoPE này có tiềm năng cách mạng hóa chiếu sáng đô thị, giúp tiết kiệm năng lượng, giảm khí thải CO₂ và kéo dài tuổi thọ đèn LED, đồng thời hỗ trợ các thành phố hướng đến mục tiêu phát triển bền vững trong tương lai.