Kính thần kỳ giúp cải tạo một thế giới xanh hơn

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Maryland (UMD, Mỹ) đã tạo ra một loại “kính làm mát” thế hệ mới được thiết kế để giảm nhiệt độ trong nhà mà không cần sử dụng điện. Vật liệu đột phá này hoạt động bằng cách khai thác nhiệt độ lạnh của không gian bên ngoài để truyền nhiệt từ Trái đất ra.

Kính công nghệ mới có lớp phủ siêu nhỏ được mô tả trong một bài báo đăng trên tạp chí Khoa học (Science), có thể hạ nhiệt độ ở môi trường phía sau vật liệu xuống 3,5 độ C vào buổi trưa. Theo nhóm nghiên cứu do Giáo sư đại học xuất sắc (một danh hiệu danh dự dành cho giảng viên xuất sắc ở một số trường tại Mỹ) Liangbing Hu thuộc Khoa Khoa học và kỹ thuật vật liệu, một tòa nhà chung cư lắp kính công nghệ mới có khả năng làm giảm lượng khí thải carbon hằng năm lên đến 10%,

Cơ chế làm mát với chức năng kép

Lớp phủ hoạt động theo hai cách: Thứ nhất, nó phản xạ tới 99% bức xạ mặt trời để ngăn các tòa nhà hấp thụ nhiệt. Ấn tượng hơn, nó còn phát ra nhiệt dưới dạng bức xạ hồng ngoại - loại ánh sáng có sóng dài vào vũ trụ băng giá, nơi nhiệt độ thường vào khoảng -270 độ C, tức là chỉ cao hơn 0 độ tuyệt đối vài độ.

Trong hiện tượng được gọi là “làm mát bằng bức xạ”, không gian ngoài vũ trụ hoạt động hiệu quả như một bộ tản nhiệt cho các tòa nhà. Điều này có được cũng nhờ các nhà nghiên cứu tận dụng thiết kế kính làm mát công nghệ mới cùng với cái gọi là cửa sổ trong suốt của khí quyển. Sở dĩ gọi khí quyển là cửa sổ trong suốt với hiệu ứng này là vì một phần lớn quang phổ hồng ngoại đi qua bầu khí quyển mà không làm tăng nhiệt độ của môi trường này. Nhờ hiệu ứng đó, kính làm mát có thể thải một lượng lớn nhiệt vào không gian lạnh lẽo ngoài vũ trụ.

Chúng ta có thể kiểm chứng điều này qua hiện tượng tương tự khi Trái đất tự làm mát, đặc biệt là vào những đêm quang đãng. Tất nhiên, mật độ lượng phát thải tự nhiên của Trái đất yếu hơn nhiều so với lượng khí thải từ kính mới được phát triển tại UMD.

Chất liệu tiên tiến, bền lâu

Xinpeng Zhao, tác giả đầu tiên của nghiên cứu cho biết: “Đó là một công nghệ thay đổi cuộc chơi, giúp đơn giản hóa cách chúng ta giữ cho các tòa nhà mát mẻ và tiết kiệm năng lượng”, đồng thời Zhao tin tưởng: “Điều này có thể thay đổi cách chúng ta sống và giúp chúng ta chăm sóc tốt hơn cho ngôi nhà của mình cũng như hành tinh chung”.

Không giống như những nỗ lực trước đây khi tạo lớp phủ làm mát, công nghệ mới do UMD phát triển được đánh giá là ổn định với môi trường vì nó có thể chịu được sự tiếp xúc với nước, bức xạ cực tím, bụi bẩn và thậm chí cả lửa (chịu được nhiệt độ lên tới 1.000 độ C). Công nghệ mới cũng có thể được phủ cho nhiều bề mặt khác nhau như gạch, gốm, kim loại. Sự đa năng giúp công nghệ này có khả năng mở rộng sang nhiều lĩnh vực cũng như có thể áp dụng rộng rãi ở nhiều nơi.

Zhao cho biết nhóm nghiên cứu đã sử dụng các hạt thủy tinh nghiền mịn làm chất kết dính. Điều đó cho phép chúng tránh được các polyme và tăng cường độ bền lâu dài ở môi trường ngoài trời. Và họ đã chọn kích thước hạt phù hợp để tối đa hóa sự phát xạ nhiệt hồng ngoại đồng thời phản chiếu ánh sáng mặt trời.

Giải pháp chống biến đổi khí hậu

Giáo sư Hu cho biết, sự phát triển của kính làm mát phù hợp với những nỗ lực toàn cầu nhằm cắt giảm mức tiêu thụ năng lượng và chống biến đổi khí hậu trong bối cảnh năm nay ghi nhận nắng nóng cao nhất trong 125.000 năm qua.

Giáo sư Hu khẳng định: “Kính làm mát này không chỉ là một vật liệu mới mà còn là một phần quan trọng của giải pháp chống biến đổi khí hậu”, đồng thời ông giải thích: “Bằng cách cắt giảm việc sử dụng điều hòa không khí, chúng ta đang thực hiện những bước tiến lớn hướng tới việc sử dụng ít năng lượng hơn và giảm lượng khí thải carbon. Nó cho thấy công nghệ mới có thể giúp chúng ta xây dựng một thế giới xanh hơn, mát mẻ hơn như thế nào”.

Cùng với hai nhà nghiên cứu Hu và Zhao, Giáo sư kỹ thuật cơ khí Jelena Srebric và Giáo sư Zongfu Yu từ Khoa Kỹ thuật điện và máy tính tại Đại học Wisconsin-Madison là đồng tác giả của nghiên cứu này. Hai vị giáo sư trên lần lượt đóng góp chuyên môn của họ vào việc xây dựng bản thiết kế và nâng cao hiệu suất giảm phát thải CO2.

Nhóm nghiên cứu đang tập trung vào thử nghiệm chuyên sâu hơn cũng như tăng cường khả năng ứng dụng thực tế cho kính làm mát của họ. Nhóm rất lạc quan về triển vọng thương mại hóa của kính làm mát và họ đã thành lập công ty khởi nghiệp CeraCool để mở rộng quy mô và thương mại hóa sản phẩm này.