Vật liệu thông minh tiết kiệm năng lượng

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Rice (Hoa Kỳ) đã phát triển thành công một vật liệu thông minh có thể điều chỉnh độ trong suốt theo nhiệt độ môi trường. Vật liệu mới có tính năng vượt trội hơn các vật liệu tương tự về độ bền, độ trong suốt và khả năng phản ứng. Theo một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Joule (Hoa Kỳ), vật liệu làm từ hỗn hợp polyme mới này có thể tăng cường đáng kể hiệu quả năng lượng trong việc làm mát không gian trong nhà. 

Hiện tại, trong điều kiện thời tiết ngày càng nóng lên, làm mát không gian là vấn đề vô cùng quan trọng. Do đó, điều hòa không khí – một thiết bị không thể thiếu trong các hộ gia đình – đã chiếm 7% lượng năng lượng và 3% lượng khí thải cacbon trên toàn cầu. Với nhiệt độ đạt mức cao kỷ lục và các đợt nắng nóng ngày càng thường xuyên hơn trên toàn thế giới, việc kiểm soát nhiệt độ hiệu quả trong nhà cũng trở nên cấp thiết hơn. 

Phủ cửa sổ bằng vật liệu giữ nhiệt nhưng vẫn cho phép ánh sáng đi qua là một cách để kiểm soát nhiệt độ trong nhà. Một trong những loại vật liệu giữ nhiệt tốt là vật liệu nhiệt sắc. Tuy nhiên, các loại vật liệu nhiệt sắc hiện tại có chi phí quá đắt với tuổi thọ không cao để có thể trở thành phương pháp khả thi cho các tòa nhà, phương tiện giao thông và các khu vực cần thiết. 

Công nghệ hợp chất của polyme và muối mới do nhóm các nhà khoa học của Đại học Rice do Pulickel Ajayan đứng đầu phát triển tại Phòng thí nghiệm Vật liệu nano đã khắc phục được những thách thức này. Vật liệu mới cho phép triển khai công nghệ làm mát tiết kiệm năng lượng trong nhà trên quy mô lớn. 

Vật liệu làm mát sản xuất bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học Rice, Hoa Kỳ. 

“Hãy tưởng tượng một cửa sổ trở nên ít trong suốt hơn khi ngày ấm hơn, giữ cho không gian trong nhà mát mẻ mà không tiêu hao năng lượng”, Sreehari Saju, nghiên cứu sinh tiến sĩ về  khoa học vật liệu và kỹ thuật nano tại Đại học Rice, đồng tác giả chính của nghiên cứu, cho biết. 

Sreehari Saju cho biết thêm:“Công thức của chúng tôi tận dụng tất cả các thành phần hữu cơ và vô cơ để khắc phục những hạn chế của vật liệu nhiệt sắc hiện có như tuổi thọ ngắn và chi phí cao. Hơn nữa, phản ứng nhiệt của vật liệu này phù hợp với nhu cầu môi trường trong thực tế. Chúng tôi cho rằng cửa sổ thông minh làm từ vật liệu này có thể giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng trong các tòa nhà, tạo ra tác động hữu hình đến cả chi phí năng lượng và lượng khí thải cacbon.”

Trong quá trình nghiên cứu, các nhà khoa học đã kết hợp các phương pháp thử nghiệm với mô phỏng tính toán để tìm hiểu ứng dụng của vật liệu trong các bối cảnh kiến trúc và môi trường khác nhau. Ví dụ, họ đánh giá cách vật liệu sẽ hoạt động ở các khu vực đô thị cụ thể trên khắp thế giới để có được tầm nhìn về tác động tiềm năng của vật liệu này khi triển khai trên quy mô lớn. 

"Cách tiếp cận của chúng tôi đối với vật liệu hỗn hợp này khá đặc biệt vì nó đòi hỏi sự cân bằng chính xác giữa vật liệu và kỹ thuật mà trước đây chưa từng được khám phá, mở ra một con đường mới để phát triển vật liệu thông minh", Anand Puthirath, một nhà khoa học nghiên cứu trong nhóm nghiên cứu Ajayan và là đồng tác giả chính của nghiên cứu cho biết. 

Các nhà nghiên cứu đã tạo ra vật liệu bằng cách trộn hai loại polyme với một loại muối và nghiên cứu tối ưu hóa thành phần để đạt được sự chuyển đổi linh hoạt giữa trạng thái trong suốt và mờ đục tùy theo sự thay đổi nhiệt độ. Hỗn hợp nhiệt sắc mới không chỉ có hiệu quả cao trong việc điều chỉnh bức xạ mặt trời mà còn có độ bền đáng kể với tuổi thọ ước tính lên đến 60 năm. 

"Những phát hiện nghiên cứu này đặt ra chuẩn mực mới về độ bền và hiệu suất của vật liệu nhiệt sắc, đặc biệt trong một hệ thống đơn giản, khả thi trong mặt thực tế", Ajayan, tác giả của nghiên cứu chia sẻ. 

Giáo sư Kỹ thuật Benjamin M. và Mary Greenwood Anderson của Đại học Rice, đồng thời là giáo sư và chủ nhiệm khoa khoa học vật liệu và kỹ thuật nano, cho biết: "Công trình của chúng tôi giải quyết một thách thức quan trọng trong kiến ​​trúc bền vững, đưa ra giải pháp thực tế và có thể mở rộng để nâng cao hiệu quả năng lượng trong các tòa nhà".

Hoàng Dương (Theo Sciencedaily.com)