Chế tạo loại sơn 'siêu trắng' giúp nhà mát mẻ mà không cần máy lạnh- Thầy giáo nghiên cứu ra sơn làm mát nhà

TTO - Nhóm nghiên cứu từ Đại học Purdue, Indiana (Mỹ) vừa chế tạo thành công loại sơn 'siêu trắng', phản xạ 95,5% ánh sáng mặt trời. Sơn được kỳ vọng có thể làm mát ngôi nhà đến độ không cần máy điều hòa.

Chế tạo loại sơn siêu trắng giúp nhà mát mẻ mà không cần máy lạnh - Ảnh 1.

Nhóm nghiên cứu thử nghiệm loại sơn "siêu trắng" mới - Ảnh: Jared Pike

Trên lý thuyết, các bề mặt màu trắng phản xạ nhiều ánh sáng hơn những màu khác.

Dựa vào đó, nhiều công trình sử dụng các loại vật liệu như gương, teflon hay titanium dioxide để giảm lượng bức xạ ánh sáng. Dù vậy, các cách này vẫn chưa hoàn hảo.

Mới đây, các nhà khoa học ở Đại học Purdue phát triển thành công một hướng khác.

Nhóm dùng nhiều chất độn canxi cacbonat - một hợp chất có nhiều trong đá và vỏ sò. Canxi cacbonat này được trộn với một vài nguyên liệu đặc biệt, giúp hấp thụ nhiều bức xạ mặt trời.

Nồng độ hạt trong sơn cao đến 60%. Hạt được được tổng hợp với các kích thước khác nhau, nhờ vậy tăng hiệu suất phân tán ánh sáng. Cũng nhờ lượng canxi cacbonat cao, chúng sáng bóng hơn, được xếp vào nhóm "siêu trắng".

Chế tạo loại sơn siêu trắng giúp nhà mát mẻ mà không cần máy lạnh - Ảnh 2.

Độ phản xạ ánh sáng mặt trời giữa loại sơn mới (bên trái) và sơn thường dùng trên thị trường - Ảnh: Jared Pike

Nhóm nghiên cứu thử nghiệm sơn mới cho các tòa cao ốc ở Indiana. Kết quả, dưới ánh nắng ban ngày chiếu trực tiếp, sơn giúp nhiệt độ phòng giảm 1,7°C so với ngoài môi trường. Công suất làm mát tương đương 37 W/m2. Buổi tối, lớp sơn giúp nhiệt độ bên trong nhà giảm đến 10°C.

Nhóm tính toán loại sơn này có thể phản xạ đến 95,5% ánh sáng chiếu vào.

Nhóm nghiên cứu Đại học Purdue dành 6 năm để chế tạo ra loại sơn này. Nhóm phân tích hơn 100 vật liệu với hơn 50 công thức khác nhau.

Cuối cùng, nhóm tạo tìm được công thức sơn, lấy thành phần chính từ canxi cacbonat. Đây là loại vật liệu rẻ, dễ tìm, và hấp thụ ít tia cực tím độc hại nên khá hoàn hảo để làm vật liệu xây dựng.

Tiến sĩ Xiulin Ruan - đồng tác giả của nghiên cứu - cho rằng, công thức làm sơn "siêu trắng" này tương thích với quy trình sản xuất sơn công nghiệp ngày nay. Chi phí cũng thấp hơn gấp rưỡi. "Điều đặc biệt là loại sơn có độ bền tốt, có thể dùng ngoài trời nhiều năm", Xiulin Ruan nói.

Chế tạo loại sơn siêu trắng giúp nhà mát mẻ mà không cần máy lạnh - Ảnh 3.

Loại sơn mới được kỳ vọng sẽ góp phần làm giảm lượng điện để làm mát ngôi nhà, cao ốc - Ảnh: Jared Pike

Ngày nay, hầu hết các tòa nhà đều dùng máy điều hòa để làm mát. Dù vậy, hệ thống điều hòa cũng là một trong những nguồn tiêu thụ điện năng nhiều nhất ở các đô thị hiện nay, đặc biệt trong những ngày hè nóng nực.

Loại sơn mới được kỳ vọng sẽ giúp làm các tòa nhà, cao ốc, giảm bớt nhu cầu sử dụng máy điều hòa.

Hiện tại, nhóm nghiên cứu đang phát triển thêm các loại sơn với nhiều màu khác. Đồng thời nhóm cũng nộp đơn xin cấp bằng sáng chế quốc tế cho sản phẩm này.

....

TTO - Không chỉ giúp ngôi nhà lúc nào cũng mát, loại sơn bức xạ do thầy Nguyễn Quốc Hưng nghiên cứu còn có khả năng chống thấm, chống gỉ cho kim loại, xài bền...

Thầy giáo nghiên cứu ra sơn làm mát nhà - Ảnh 1.

TS Nguyễn Quốc Hưng, Trung tâm Nano và năng lượng, Trường ĐH Khoa học tự nhiên - ĐH Quốc gia Hà Nội, đã nghiên cứu thành công sơn làm mát nhà - Ảnh: NVCC

Bề mặt ngoài trời bị nóng là do hấp thụ năng lượng mặt trời, khi sơn Rare phủ lên bề mặt sẽ phản xạ tới 98% năng lượng nên gần như không nhận nhiệt từ mặt trời”

TS Nguyễn Quốc Hưng

Từ nghiên cứu "nóng" của "người ta"…

Cơ duyên đến từ năm 2014, khi biết công trình của các nhà khoa học ở Đại học Stanford (Mỹ) về làm mát bức xạ, thầy Hưng nghĩ đến chuyện làm sơn mát nhà.

Để làm mát, nhóm nhà khoa học Mỹ chế tạo ra vật liệu bảy lớp màng mỏng xen kẽ nhau để có hiệu ứng phản xạ nhiệt mặt trời và bức xạ nhiệt rất mạnh.

"Tìm hiểu các nghiên cứu trước đó, tôi phát hiện ở vùng bước sóng 7-14 µm không bị hấp thụ bởi khí quyển và đi thẳng ra ngoài trái đất, dẫn đến làm mát thụ động chính vật liệu này. Tôi và sinh viên trong nhóm nghiên cứu làm theo nhưng thất bại. Bởi để tạo ra bảy lớp màng mỏng, đòi hỏi kỹ thuật rất cao, máy móc rất hiện đại", thầy Hưng chia sẻ.

Điều kiện nghiên cứu không có, thầy đổi hướng nghiên cứu chế tạo vật liệu làm mát bức xạ bằng phương pháp hóa học. "Phương pháp này đơn giản hơn, dễ sản xuất đại trà. Dựa trên hai nguyên lý chống nóng phản xạ (Reflection) và làm lạnh bức xạ (Radiation), nhóm đã đạt được thành công ban đầu và sơn bức xạ nhiệt Rare ra đời", thầy Hưng nói thêm.

"Với cơ chế làm lạnh bức xạ, do bức xạ trong vùng trong suốt của không khí, sơn Rare không làm nóng môi trường, dẫn đến giảm nhiệt mạnh. Kết hợp hai nguyên lý này giúp các bề mặt ngoài trời gần như không bị nóng lên, nhiệt độ xấp xỉ như trong bóng râm, bất kể trời nắng như thế nào", thầy Hưng giải thích.

Ngoài ra khác với sơn chống nóng thông thường, sơn Rare vừa có các hạt nano bức xạ, đồng thời chứa cả hạt nano phản xạ.

"Do đó khi sơn phủ, bề mặt gần như không tăng nhiệt. Tức là nếu một ngôi nhà được phủ sơn làm mát sẽ giống như ngôi nhà đó nằm dưới bóng cây. Ban đêm, khi không nhận nhiệt từ mặt trời, bề mặt sơn có thể giảm 5 - 10 độ so với không khí. Mùa đông, khi nhiệt độ ngoài trời khoảng 15 độ C thì bề mặt sơn sẽ khoảng 5 độ C", thầy Hưng háo hức nói về nghiên cứu của mình.

…Đến loại sơn làm mát "kiêm" chống thấm, chống gỉ

Thầy giáo nghiên cứu ra sơn làm mát nhà - Ảnh 3.

Ngôi nhà thép 2m mà thầy Hưng thử độ bền tính năng làm mát khi phủ sơn bức xạ lên - Ảnh: NVCC

Để thử độ bền của tính năng làm mát, thầy Hưng đưa sơn vào máy gia tốc điều kiện môi trường. Kết quả cho thấy theo thời gian sơn không bị giảm đi khả năng làm mát mà còn bền trên 10 năm.

Nhóm nghiên cứu lấy ngôi nhà thép trần cao 2m, đóng kín, phủ sơn Rare trong thời tiết nắng nóng. Kết quả khi thử sản phẩm, nhiệt độ trong nhà luôn bằng hoặc thấp hơn nhiệt độ môi trường.

"Đây là loại sơn làm mát duy nhất ở Việt Nam vào thời điểm hiện tại. Ngoài làm mát, sơn còn có khả năng chống gỉ cho kim loại, chống nước và chống thấm", thầy Hưng "khoe".

Theo thầy Hưng, loại sơn này có thể phủ lên tất cả bề mặt ngoài trời như gỗ, đá, nhựa, kim loại, bê tông… Hiện tại, thầy và nhóm nghiên cứu đang tập trung thử nghiệm cho kim loại và bê tông, tường.

Ông Lê Tiến Cường - chủ căn nhà hơn 100m2 ở khu đô thị Nam Cường (Cổ Nhuế 1, quận Bắc Từ Liêm, TP Hà Nội) - đã sử dụng thử nghiệm sơn Rare vào tháng 7-2021. Ông cho biết sau khi sơn phủ lên mái tôn của sân thượng, khi trời nắng nóng, nhiệt độ các phòng tầng trên cùng giảm khoảng 30 - 40%; cảm nhận rõ nhiệt độ trong phòng mát, dễ chịu hơn.

Nói về công trình nghiên cứu của thầy Hưng, PGS.TS Hoàng Thị Minh Thảo, trưởng phòng khoa học - công nghệ Trường ĐH Khoa học tự nhiên - ĐH Quốc gia Hà Nội, đánh giá: "Sơn mà thầy Hưng sử dụng gồm 2 hiệu ứng, bao gồm phản xạ hồng ngoại nhiệt và bức xạ hồng ngoại dài. Vì vậy khi phủ sơn lên bề mặt ngoài của nhà sẽ giúp làm mát nhà.

Đây là nghiên cứu mới. Thầy Hưng đang làm hồ sơ đề nghị bảo hộ độc quyền sở hữu trí tuệ đối với sản phẩm này. Nếu sản phẩm được phát triển, thương mại hóa thì sẽ mang lại hiệu quả thực tế cao, do có chi phí thấp, rất phù hợp cho nhiều ứng dụng trong điều kiện thực tế".