Luồng hơi lạnh của máy điều hòa không khí có thể là một giải pháp hữu hiệu khi nhiệt độ tăng cao, nhưng các thiết bị điều hoà không khí đòi hỏi một lượng lớn năng lượng và có thể gây ra rò rỉ khí nhà kính mạnh. Nghiên cứu vật liệu màng có nguồn gốc thực vật của các nhà khoa học Nhật Bản mang nhiều tiềm năng, trong tương lai chúng có thể được phát triển giúp giữ mát cho các tòa nhà, ô tô và các cấu trúc khác, và không cần nguồn điện bên ngoài.
Các nhà nghiên cứu đã trình bày kết quả nghiên cứu tại cuộc họp của Hiệp hội Hóa học Mỹ (ACS). Hội nghị ACS Spring 2023 kết hợp tổ chức trực tuyến và trực tiếp từ ngày 26 đến ngày 30/3 vừa qua. Giáo sư Silvia Vignolini cho biết: Chỉ có một số vật liệu có đặc tính này và việc thêm sắc tố màu thường sẽ làm mất tác dụng làm mát của chúng.
Làm mát bức xạ ban ngày thụ động (PDRC) là khả năng một bề mặt sẽ phát nhiệt của chính nó vào không gian, và không bị không khí hoặc bầu khí quyển hấp thụ. Kết quả là một bề mặt không sử dụng bất kỳ nguồn điện nào có thể trở xuống vài độ so với không khí xung quanh nó. Khi được sử dụng trên các tòa nhà hoặc các cấu trúc khác, các vật liệu phát huy tác dụng mất nhiệt có thể giúp hạn chế việc sử dụng điều hòa không khí và các phương pháp làm mát tiêu tốn nhiều năng lượng khác.
Tiến sĩ Qingchen Shen, người đảm nhiệm thuyết trình nghiên cứu tại cuộc họp cho biết, một số loại sơn và phim hiện đang được phát triển có thể đạt được PDRC, nhưng hầu hết chúng đều có màu trắng hoặc có lớp hoàn thiện được tráng gương. Nhưng một chủ sở hữu tòa nhà muốn sử dụng sơn PDRC màu xanh lam sẽ không thấy hiệu quả. Do theo định nghĩa, các sắc tố màu hấp thụ các bước sóng cụ thể của ánh sáng mặt trời và chỉ phản chiếu các màu chúng ta nhìn thấy, gây ra các hiệu ứng nóng lên không mong muốn trong quá trình này.
Nhưng 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 của chúng. 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.
Một phần nghiên cứu của Vignolini tập trung vào việc xác định nguyên nhân đằng sau các loại màu cấu trúc khác nhau trong tự nhiên. Trong một trường hợp, 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, nhiều màu sắc, và cũng không cần thêm bất kỳ sắc tố nào. Như vậy, cellulose cũng là một trong số ít vật liệu tự nhiên có thể thúc đẩy PDRC.
Hai giáo sư Shen và Vignolini đã xếp lớp vật liệu CNC nhiều màu sắc với vật liệu màu trắng làm từ etyl cellulose, tạo ra màng PDRC hai lớp đầy màu sắc. Họ tạo ra những bộ phim có màu xanh lam, xanh lá cây và đỏ rực rỡ, khi được đặt dưới ánh sáng mặt trời, mát hơn trung bình gần 4.5 độ C so với nhiệt độ xung quanh. Mỗi mét vuông phim tạo ra công suất làm mát hơn 120W, sánh ngang với nhiều loại máy điều hòa không khí dân dụng.
Shen cho biết, khía cạnh thách thức nhất của nghiên cứu này là tìm ra cách làm cho hai lớp dính lại với nhau do bản thân các màng CNC rất giòn và lớp ethyl cellulose phải được xử lý bằng plasma để có được độ bám dính tốt. Tuy nhiên, thử nghiệm cho ra những bộ phim chắc chắn và có thể được chuẩn bị vài mét cùng một lúc trong một dây chuyền sản xuất tiêu chuẩn.
Các nhà nghiên cứu cũng đã cải thiện hình thức thẩm mỹ của các tấm phim này, và điều chỉnh màng ethyl cellulose để cho ra các kết cấu khác nhau, phù hợp với điều kiện môi trường khác nhau.
Các nhà nghiên cứu hiện có kế hoạch tìm ra những cách có thể làm cho phim của họ trở nên đa năng hơn. Theo giáo sư Shen, 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 tích hợp với khả năng làm mát của màng CNC-ethyl cellulose của chúng.
Hải Hà