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

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

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.

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.

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.

Tuệ Minh