Vật liệu dán nano tản nhiệt giúp làm mát hiệu quả và tiết kiệm năng lượng

Viện Công nghệ Vi mô và Nano Tây Ban Nha (IMN-CNM, CSIC) đã phát triển loại vật liệu có khả năng làm mát các bề mặt tiếp xúc mà không cần dùng điện.

Nguyên lý làm mát của vật liệu này dựa trên phương pháp làm mát bức xạ thụ động vào ban ngày, tận dụng đặc tính của khí quyển trái đất. Trong dải bước sóng trong phổ hồng ngoại (từ 8 đến 13 micromet), vật liệu cho phép nhiệt thoát trực tiếp ra ngoài không gian mà không bị khí quyển giữ lại.

Đây được kỳ vọng là giải pháp thay thế có thể giúp giảm bớt gánh nặng chi phí năng lượng cho việc làm mát vốn đang chiếm gần 20% tổng lượng điện năng tiêu thụ toàn cầu.

Polyvinylidene fluoride (PVDF) được xử lý thẩm thấu polymer và làm lạnh siêu nhanh tạo ra vật liệu bức xạ nhiệt cực tốt. Ảnh: IMN - CSIC
Polyvinylidene fluoride (PVDF) được xử lý thẩm thấu polymer và làm lạnh siêu nhanh tạo ra vật liệu bức xạ nhiệt cực tốt. Ảnh: IMN - CSIC

Vật liệu vừa phát xạ mạnh trong dải bước sóng này, vừa phản xạ bức xạ mặt trời, có thể trở nên mát hơn cả không khí xung quanh mà không cần đến nguồn điện hay máy nén.

Theo thông tin của nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nanophotonics, các nhà khoa học đã chọn polyvinylidene fluoride (PVDF) - loại polymer vốn nổi tiếng với khả năng phát xạ nhiệt dưới dạng bức xạ hồng ngoại.

Cristina Vicente, nhà nghiên cứu tại IMN-CNM giải thích, vật liệu này hội tụ nhiều đặc tính khiến nó trở nên lý tưởng. Bên cạnh khả năng tản nhiệt hiệu quả, nó còn chịu được tia cực tím, có đặc tính kỵ nước (giúp tự làm sạch) và bền khi tiếp xúc với môi trường ngoài trời.

images-1.jpg
Viện Công nghệ Vi mô và Nano Tây Ban Nha.

Các số liệu thực tế cho thấy, phiên bản vật liệu được tối ưu hóa khi trải qua quá trình thẩm thấu polymer và làm lạnh siêu nhanh, có khả năng phản xạ trung bình 82,4% bức xạ mặt trời chiếu tới và phát xạ 96,7% nhiệt lượng trong cửa sổ hồng ngoại từ 8 đến 13 micromet.

Trên lý thuyết, sự kết hợp này mang lại công suất làm mát là 182,3 Watt/m2 dưới cường độ bức xạ mặt trời 1.000 W/m².

Lý thuyết này đã được kiểm chứng thông qua thử nghiệm ngoài trời trên sân thượng của trung tâm nghiên cứu tại Tres Cantos, Madrid.

nanomaterial-refrigeracion-pasiva-csic-portada.jpg
Cấu trúc phân tử của PVDF thay đổi sau khi xử lý theo quy trình do IMN - CSIC nghiên cứu.

Sau khi vật liệu trải qua quá trình xử lý bằng tia cực tím giúp làm trắng và tăng cường khả năng phản xạ ánh sáng mặt trời, kết quả cho thấy: vào những ngày nắng nóng và khô hanh nhất, bề mặt được xử lý có nhiệt độ thấp hơn tới 12,9°C so với mẫu vật không được phủ lớp này.

Mặc dù công nghệ này vẫn đang trong giai đoạn phát triển, nhưng quy trình sản xuất có chi phí tương đối thấp và tương thích với các quy trình công nghiệp hiện có.

Điều này mở ra cơ hội ứng dụng đa dạng, từ mặt dựng và mái nhà cho đến các thiết bị điện tử, phương tiện giao thông và thậm chí cả hệ thống làm mát cá nhân.

Trái đất cũng có 'điều hòa nhiệt độ' vận hành tự động

Trái đất dường như có một hệ thống kiểm soát khí hậu tự nhiên đã giúp duy trì sự sống trên hành tinh này trong hơn 100 triệu năm.

Nghiên cứu mới này được dẫn dắt bởi các giáo sư ngành khoa học Trái đất của Đại học Oxford và Đại học Syracuse.

GS Ros Rickaby - Đại học Oxford (Anh) cho biết: "Chúng ta biết rằng lượng carbon dioxide trong khí quyển đã giảm đáng kể khi Trái đất nguội đi trong 60 triệu năm qua, nhưng chúng ta lại hiểu rất ít về nơi mà lượng carbon đó đã đi đến".

Tạo ra vật liệu có thể lập trình, điều khiển nhiệt độ

Vật liệu mới có thể lập trình khả năng điều khiển nhiệt độ, mở ra cuộc cách mạng cho hệ thống năng lượng đến cảm biến hồng ngoại và các thiết bị bộ nhớ.

Trong hầu hết các vật liệu, cách thức hấp thụ nhiệt và cách thức phát xạ nhiệt là không thể tách rời. Nếu một bề mặt hấp thụ nhiệt hiệu quả từ một hướng hoặc bước sóng cụ thể, nó cũng phát xạ nhiệt theo cùng một cách.

Nguyên tắc đã được thiết lập từ lâu này, được gọi là tính tương hỗ, đã khiến các nhà khoa học khó có thể kiểm soát độc lập cách thức năng lượng nhiệt đi vào và đi ra khỏi một vật liệu.

Phát triển loại trang phục làm mát giúp giảm nhiệt độ da tới 9 độ C

Công ty Eztia Materials phát triển loại quần áo làm mát bằng các hạt gel có thể giúp giảm nhiệt độ da của người mặc đến 9 độ C khi xảy ra thời tiết nắng nóng.

Công ty công nghệ khí hậu Eztia Materials cho biết đã phát triển các hạt gel chứa nước có khả năng hấp thụ nhiệt từ cơ thể, giúp giảm nhiệt độ da của người mặc đến 9 độ C trong bối cảnh thời tiết nóng ẩm kéo dài ở Singapore.

Giải pháp chống nóng này là một trong nhiều công nghệ được giới thiệu tại sự kiện do Cơ quan Xây dựng và Công trình Singapore tổ chức ngày 22/5. Sự kiện này có sự tham gia của nhiều cơ quan chính phủ, các công ty xây dựng và công ty công nghệ nhằm đưa ra những giải pháp mới để bảo vệ người lao động trước tình trạng nắng nóng ngày càng khắc nghiệt.

Đọc nhiều nhất

Tin mới