Sơn làm mát nhà

TS Nguyễn Quốc Hưng cho biết, sơn RARE là sản phẩm anh và nhóm nghiên cứu thực hiện từ năm 2018, đến nay đã được thử nghiệm thành công ở nhiều nơi và đang chờ cấp bằng bảo hộ sáng chế.

RARE được ghép chữ từ RAdiation (bức xạ) và REflection (phản xạ). Đây là một hỗn hợp ở dạng lỏng được phối trộn để tăng cường 2 cơ chế giảm nhiệt (phản xạ đối với ánh nắng và tăng khả năng bức xạ hồng ngoại dài).

Để không bị nóng lên, bề mặt ngoài trời của các nhà xưởng, tòa nhà cần phải nhận ít nhiệt nhất có thể. Để gia tăng khả năng cách nhiệt, tường nhà thường được xây dày hơn; mái nhà được phủ thêm các vật liệu cách nhiệt, trong số đó xốp được sử dụng rộng rãi vì giá rẻ.

Tuy nhiên, tường nhà xây dày hơn sẽ khiến chi phí xây dựng cao; xốp là vật liệu dễ cháy, không bền vững theo thời gian, không kín với dòng nhiệt truyền qua các cấu trúc chịu lực như ống thép hoặc đai vít.

Ngoài ra, do chặn lại nguồn nhiệt từ bên ngoài, nên nguồn nhiệt từ bên trong cũng không thoát ra được, đây là nhược điểm không thể khắc phục với những nơi sử dụng nhiều nguồn nhiệt từ bên trong như bếp ăn, xưởng nhựa, hay các khu nhà máy phức tạp khác.

Để không nhận nhiệt từ bên ngoài, còn có một cách khác là tăng cường khả năng phản xạ nhiệt bằng cách sử dụng sơn chống nóng. Nhưng loại sơn này cũng chưa thực sự đáp ứng được nhu cầu sử dụng.

Năm 2014, TS Hưng biết đến công trình của các nhà khoa học ở Trường Đại học Stanford (Mỹ) về làm mát bức xạ. Để làm mát, họ chế tạo ra vật liệu 7 lớp màng mỏng xen kẽ nhau với chiết suất giữa các lớp rất khác nhau.

Kết quả dẫn đến 2 hiệu ứng: Phản xạ nhiệt mặt trời rất mạnh (bước sóng 0.3 tới 3 µm) và bức xạ nhiệt (bước sóng 7 - 14 µm) rất mạnh. TS Hưng tìm hiểu thì được biết, vùng bước sóng 7 - 14 µm rất đặc thù, nó không bị hấp thụ bởi khí quyển và đi thẳng ra ngoài Trái đất, dẫn đến làm mát thụ động chính vật liệu này.

Nghiên cứu này đã thôi thúc trí tò mò của TS Hưng, anh rủ thêm nhóm sinh viên có chung sở thích vật lý để làm theo. Nhưng mô phỏng thất bại. Để tạo ra 7 lớp màng mỏng, đòi hỏi kỹ thuật rất cao, máy móc rất hiện đại, trong khi điều kiện nghiên cứu của anh khi đó không đáp ứng được.

TS Nguyễn Quốc Hưng với nghiên cứu về sơn chống nóng.

Năm 2018, anh đổi hướng nghiên cứu làm mát bức xạ bằng phương pháp hóa học. Điều đặc biệt là phương pháp này rất đơn giản, có khả năng sản xuất đại trà. TS Hưng đã nhanh chóng đạt được các thành công ban đầu. Sơn bức xạ nhiệt ra đời dựa trên hai nguyên lý là chống nóng phản xạ và làm lạnh bức xạ.

Các bề mặt ngoài trời bị nóng lên do hấp thụ năng lượng mặt trời. Sơn RARE sẽ phản xạ 98% năng lượng nên gần như không nhận nhiệt từ Mặt trời. Sơn có màu trắng trong toàn dải từ vùng nhìn thấy đến hồng ngoại gần.

Đối với cơ chế làm lạnh bức xạ, TS Hưng chia sẻ, do bức xạ trong vùng trong suốt của không khí, sơn RARE không làm nóng xung quanh, đồng thời giảm nhiệt mạnh.

Kết hợp 2 nguyên lý này giúp các bề mặt ngoài trời gần như không bị nóng lên, luôn có nhiệt độ xấp xỉ nhiệt độ môi trường, bất kể trời nắng như thế nào. Không có vật liệu nào trên thị trường làm được điều này mà không cần năng lượng bên ngoài.

Sơn bức xạ kết hợp chống thấm

Sơn RARE là một hỗn hợp ở dạng lỏng, trong đó gốc nhựa được hoà tan trong dung môi. Các hạt nano sau đó được phối trộn để tăng cường 2 cơ chế giảm nhiệt. Các hạt nano kích thước nhỏ được sử dụng để tăng cường hệ số phản xạ đối với ánh sáng mặt trời; các hạt nano kích thước lớn hơn được sử dụng để tăng khả năng bức xạ hồng ngoại dài, trong vùng 8 - 14 µm.

Ngoài ra, sơn bức xạ RARE còn có khả năng bám dính tốt lên nhiều bề mặt khác nhau như gỗ, đá, bê tông, kim loại, kính, nhựa… Ngoài hiệu ứng giảm nhiệt, sơn bức xạ do nhóm của TS Nguyễn Quốc Hưng nghiên cứu, chế tạo còn giúp tăng cường tuổi thọ và duy trì khả năng hoạt động cho các vật liệu, công trình ngoài trời do chúng gần như không bị nóng lên.

Quy trình sản xuất trong phòng thí nghiệm nhanh chóng được mở rộng cho mẻ sơn cỡ 10 kg. Hiện tại, TS Nguyễn Quốc Hưng có thể sản xuất 1.000 kg sơn/mẻ trong thời gian dưới 1 ngày. Quy trình thi công cũng được chuẩn hoá cho máy phun sơn bả công nghiệp.

Không có nhiều đòi hỏi về kỹ thuật, một thợ phun sơn trung bình có thể thi công 1.000 m2/ngày mà không cần đào tạo chuyên sâu. Các lớp sơn bám chắc lên bề mặt tường xi măng hoặc sắt thép.

Tuy nhiên, tác giả của sơn bức xạ RARE cho biết, việc đưa sản phẩm vào thị trường là không dễ dàng. Một sản phẩm tốt không chỉ cần có tính chất tốt, nó cần phải giải quyết được các vấn đề cụ thể trong xã hội. Để có thể làm mát một ngôi nhà, nhiệt độ bên trong nhà cần phải được giảm rõ rệt.

Tuy nhiên, nhiệt độ bên trong phụ thuộc rất nhiều yếu tố như chất liệu và thiết kế của ngôi nhà, thói quen sinh hoạt và hành vi sử dụng của chủ nhà, hướng gió và môi trường xung quanh. Trong môi trường đô thị bao quanh bởi bê tông và sắt thép, việc làm mát cho một công trình sẽ giảm ý nghĩa nếu môi trường đã bị nóng lên bởi rất nhiều hoạt động xung quanh.

Cùng với việc mở rộng quy mô sản xuất, quy mô thử nghiệm lớn hơn cũng được TS Nguyễn Quốc Hưng triển khai để giải quyết các nhu cầu chống nóng cụ thể trong xã hội. Sơn bức xạ kết hợp với sơn chống thấm có thể là một giải pháp tổng thể cho sân thượng của các nhà ở trong thành phố.

Sơn bức xạ và sơn chống rỉ có thể giúp các mái tôn không bị nóng và không bị rỉ dưới ảnh hưởng của môi trường. Chặng đường này không dễ, đặc biệt là với một nhà khoa học vốn quen thuộc với các nghiên cứu hàn lâm.

Tuy nhiên, TS Nguyễn Quốc Hưng hy vọng những nghiên cứu của mình sẽ sớm ra được thị trường và những mái nhà màu trắng được sơn bởi sơn bức xạ RARE sẽ ngày càng trở nên phổ biến.