Sắp có loại sơn tiết kiệm điện đầu tiên trên thế giới

Tạp chí khoa học trực tuyến Mỹ Science Advances vừa qua đã đăng nghiên cứu của Trung tâm Công nghệ Khoa học Nano thuộc Đại học Central Florida (UCF) do giáo sư Debashis Chanda chủ trì, tạo ra loại sơn đầu tiên trên thế giới thân thiện với môi trường và có khả năng tiết kiệm điện. Thay vì màu dựa trên sắc tố, đòi hỏi các phân tử được tổng hợp nhân tạo, UCF đã phát triển một phương pháp mới thay thế để sản xuất sơn màu tự nhiên, vừa thân thiện lại có trọng lượng cực nhẹ.

Sản phẩm sơn plasmonic do UCF phát triển sử dụng sự sắp xếp cấu trúc ở cấp độ nano của các vật liệu không màu, gồm nhôm và oxit nhôm thay cho các sắc tố để tạo màu (pigment). Trong tự nhiên, sơn plasmonic thường thấy trên cánh của những con bướm kim loại, loài côn trùng này đã truyền cảm hứng cho nghiên cứu của UCF. Trong nghiên cứu, giáo sư Debashis Chanda đã lấy cảm hứng từ những con bướm để tạo ra chất thay thế nhiều màu, thân thiện với môi trường, có thể sản xuất ở quy mô lớn góp phần vào nỗ lực tiết kiệm năng lượng và giúp giảm sự nóng lên toàn cầu.

Theo bài báo được công bố, giáo sư Debashis Chanda và các cộng sự đã sáng tạo hơn, sử dụng sắp xếp cấu trúc nano của vật liệu không màu như nhôm và nhôm oxit thay vì chất màu. Trong khi thuốc nhuộm pigment điều khiển hấp thụ ánh sáng dựa trên đặc điểm điện tử của vật liệu màu, thì mỗi màu cần một phân tử mới, thuốc nhuộm kết cấu điều khiển cách ánh sáng phản chiếu, phân tán hoặc hấp thụ dựa trên sắp xếp hình học của cấu trúc nano.

Hấp thụ cấu trúc để tạo màu của sơn plasmonic lấy cảm hứng từ những cánh bướm của UCF. Nguồn: Phys.org

“Phạm vi màu sắc và sắc độ trong thế giới tự nhiên rất phong phú, từ những bông hoa đầy màu sắc, chim bướm đến những sinh vật dưới nước như cá và động vật thân mềm. Màu cấu trúc đóng vai trò là cơ chế tạo màu chính ở một số loài cực kỳ sống động, trong đó sự sắp xếp hình học của hai vật liệu không màu điển hình tạo ra tất cả các màu. Mặt khác, với sắc tố nhân tạo, các phân tử mới là cần thiết cho mọi màu hiện có. Hiểu được cơ chế này, sơn plasmonic do UCF phát triển thỏa mãn nhiều tiêu chí, trong đó có tiêu chí tiết kiệm điện và giúp giảm nóng lên toàn cầu”, giáo sư Debashis Chanda nói.

Các màu cấu trúc như vậy thân thiện với môi trường vì chúng chỉ sử dụng kim loại và oxit, không giống như các màu dựa trên bột màu hiện tại sử dụng các phân tử được tổng hợp nhân tạo. Các nhà nghiên cứu đã kết hợp các mảnh màu cấu trúc của chúng với một chất kết dính thương mại để tạo thành các loại sơn có màu sắc bền lâu. “Màu sắc thông thường nhạt dần vì sắc tố mất khả năng hấp thụ photon, nhưng sơn của UVF lại rất bền màu, không bị giới hạn bởi hiện tượng nói trên. Một khi sơn thứ gì đó bằng màu cấu trúc, nó sẽ tồn tại hàng thế kỷ”, bài báo nhấn mạnh.

Ngoài ra, do sơn plasmonic phản xạ toàn bộ quang phổ hồng ngoại, nên nó hấp thụ ít nhiệt hơn, dẫn đến bề mặt bên dưới mát hơn từ 25 đến 30 độ F so với khi được phủ bằng sơn thương mại tiêu chuẩn. Theo bài báo, hơn 10% tổng lượng điện ở Mỹ dùng cho điều hòa, chênh lệch nhiệt độ mà sơn plasmonic hứa hẹn đem lại sẽ giúp tiết kiệm điện đáng kể, đồng thời giảm lượng khí thải carbon dioxide, góp phần chống biến đổi khí hậu. Hơn nữa, sơn plasmon rất  nhẹ do có hệ số tiết diện/độ dày lớn. Độ dày của lớp sơn chỉ ở mức 150 nano mét, là loại sơn nhẹ nhất hành tinh. Để so sánh, sơn một chiếc máy bay Boeing 747, nếu dùng sơn plasmonic của UCF chỉ cần 3 pound (1,35 kg) nhưng dùng sơn thông thường phải mất 1.000 pounds (454 kg).

Theo giáo sư Chanda, bước tiếp theo của dự án là tiếp tục khám phá sâu hơn đặc điểm tiết kiệm điện của lớp sơn để cải thiện khả năng sinh lời nếu sản xuất đại trà. Trước mắt, tiếp tục nghiên cứu các khía cạnh mà các loại sơn thông thường khác không thể có như không độc hại, tác dụng làm mát, trọng lượng siêu nhẹ, và khả năng tiết kiệm năng lượng…


  • 24/03/2023 09:47
  • K.Nam (Theo UCF/PO- 3/2023)
  • 3508