Theo trang tin công nghệ trực tuyến Mỹ Interestingengineering (IEC), các nhà nghiên cứu tại Đại học Cambridge, Anh (UoC) đã phát triển giải pháp thay thế thân thiện với môi trường cho các thiết bị điều hòa không khí có thể giữ mát cho các tòa nhà và ô tô mà không cần nguồn điện bên ngoài. Đây là một màng film chế từ thực vật có thể mát hơn khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời và có kết cấu đa màu.

Theo thông tin trên website của ACS, với hơn 10.000 bài thuyết trình về các chủ đề khoa học tại ACS Spring 2023, phát minh của UoC được chú ý hơn cả. Theo nữ tiến sĩ Silvia Vignolini - thành viên chính của dự án tại UoC, “Chỉ có một số vật liệu có đặc tính này và việc bổ sung thêm các gam màu sắc tố thường sẽ làm mất tác dụng làm mát của chúng, nhưng khám phá mới của UoC lại rất đặc biệt”, Vignolini nhấn mạnh.

Điều đặc biệt của màng phim do UoC tạo ra là làm mát bức xạ ban ngày thụ động (PDRC), khả năng một bề mặt phát nhiệt của chính nó vào không gian mà không bị không khí hoặc bầu khí quyển hấp thụ. Sáng kiến này giúp bề mặt không sử dụng bất kỳ nguồn điện nào, có thể trở nên lạnh hơn vài độ so với không khí xung quanh. Khi được sử dụng trên các tòa nhà hoặc các cấu trúc khác, vật liệu có thể giúp hạn chế việc sử dụng điều hòa không khí và các phương pháp làm mát tiêu tốn nhiều năng lượng.

Tiến sĩ Qingchen Shen, người trực tiếp trình bày phát minh trong hội nghị tiết lộ, một số loại sơn và màng phim hiện đang được phát triển có thể đạt được PDRC, nhưng lại có màu trắng hoặc có lớp hoàn thiện được tráng gương. Phần lớn các chủ sở hữu tòa nhà đều muốn sử dụng sơn PDRC có gam màu trang nhã và thẩm mỹ. Điều này trái ngược, bởi các gam màu đẹp thường hấp thụ các bước sóng cụ thể từ ánh sáng mặt trời nên gây ra các hiệu ứng nóng không mong muốn.

Qua nghiên cứu, UoC phát hiện thấy có một cách để đạt được màu sắc, và không cần sử dụng sắc tố. Ví dụ, bong bóng xà phòng hiển thị một lăng kính sở hữu các màu sắc khác nhau trên bề mặt. Những màu này là kết quả của cách ánh sáng tương tác với độ dày khác nhau của màng bong bóng, hiện tượng này được gọi màu cấu trúc.

Từ khám phá trên, nhóm đề tài ở UoC đã tập trung vào việc xác định nguyên nhân đứng sau các loại màu cấu trúc khác nhau trong tự nhiên. Tình cờ, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng các tinh thể nano cellulose (CNC), có nguồn gốc từ cellulose có trong thực vật, có thể được tạo thành các màng óng ánh, đa dạng như cầu vồng, không cần thêm bất kỳ sắc tố nhân tạo nào. Như vậy, cellulose cũng là một trong số ít vật liệu tự nhiên có thể thúc đẩy quá trình PDRC mà không gây nóng cho môi trường xung quanh.

Cụ thể hơn, trong nghiên cứu Shen và Vignolini đã xếp lớp vật liệu CNC nhiều màu với vật liệu màu trắng làm từ ethyl cellulose, tạo ra màng PDRC hai lớp đa màu. Sau đó tạo ra những chiếc màng màu xanh lam, xanh lá cây và đỏ rực rỡ, khi được đặt dưới ánh sáng mặt trời, làm mát trung bình gần 7 độ F so với không khí xung quanh. Một mét vuông phim tạo ra công suất làm mát hơn 120 Watts, sánh ngang với nhiều loại máy điều hòa không khí dân dụng.

Bằng cách phủ các màng CNC như vậy lên một lớp cơ sở ethylcellulose (EC) xốp, tán xạ cao, bất kỳ ánh sáng mặt trời nào xuyên qua lớp CNC đều bị tán xạ ngược bởi lớp EC bên dưới, đạt được phản xạ mặt trời băng thông rộng và màu sắc cấu trúc rực rỡ đồng thời. Cuối cùng, quy trình sản xuất có thể mở rộng bằng cách sử dụng quy trình cuộn để cuộn phù hợp về mặt thương mại xác nhận tiềm năng sản xuất các vật liệu làm mát bức xạ có màu như vậy ở quy mô lớn từ nguyên liệu bền vững và chi phí thấp.

Kể từ khi tạo ra những màng phim đầu tiên này, nhóm nghiên cứu đã tiếp tục cải thiện hình thức thẩm mỹ. Sử dụng phương pháp chỉnh sửa từ các phương pháp mà nhóm đã khám phá trước đây, tạo ra các màng làm mát dựa trên cellulose lấp lánh và nhiều màu. Họ cũng đã điều chỉnh màng ethyl cellulose để có các kết cấu khác nhau, chẳng hạn như sự khác biệt giữa các loại gỗ hoàn thiện được sử dụng trong kiến trúc và thiết kế nội thất. Những thay đổi này sẽ cung cấp nhiều lựa chọn hơn khi kết hợp các hiệu ứng PDRC trong nhà, doanh nghiệp, ô tô và các cấu trúc tương tự khác.

Theo tiến sĩ Qingchen Shen, thách thức nhất của nghiên cứu là tìm ra cách làm cho hai lớp dính với nhau hiệu quả — bản thân chúng, các màng CNC rất giòn và lớp ethyl cellulose phải được xử lý bằng plasma để có được độ bám dính tốt. Ngoài ra, các nhà khoa học còn có kế hoạch tìm ra những cách để tăng chức năng cho màng phim. Vật liệu CNC có thể được sử dụng làm cảm biến để phát hiện các chất gây ô nhiễm môi trường hoặc thay đổi thời tiết, điều này có thể hữu ích nếu được kết hợp với khả năng làm mát của màng cellulose CNC-ethyl. Ví dụ, một PDRC màu coban trên mặt tiền tòa nhà trong khu vực đô thị dày đặc xe hơi một ngày nào đó có thể giữ cho tòa nhà mát mẻ và kết hợp các máy dò để cảnh báo về mức độ cao hơn của các phân tử gây khói trong không khí.

K.Nam (Theo ACS/IEC- 3/2023)