Tấm ốp thông minh có thể hiệu chỉnh nhiệt độ tòa nhà

Trong nỗ lực tìm ra một cách hiệu quả để giữ cho các tòa nhà mát hơn trong thời tiết nóng và ấm hơn trong những tháng lạnh hơn, các nhà nghiên cứu tại Trường Kỹ thuật Phân tử Pritzker (PME) của Đại học Chicago đã phát triển một vật liệu thay đổi tính chất có thể hóa rắn và hóa lỏng.

Loại vật liệu mới này cần sử dụng dòng điện rất thấp để chuyển đổi giữa hai trạng thái, nhưng đó là một phần năng lượng mà nó có thể tiết kiệm được thông qua quá trình làm nóng và làm mát thụ động. Vật liệu bao gồm nhiều lớp: màng polyurethane, tấm graphene và lưới vàng. Nhưng thay đổi tính chất thực sự diễn ra nhờ chất điện phân nước và các hạt đồng.

Khi vật liệu ở chế độ sưởi ấm, các hạt đồng được lắng đọng trên màng, tạo thành một lớp rắn có khả năng hấp thụ nhiệt lượng mặt trời tuyệt vời giúp tòa nhà trở lên ấp áp hơn. Sau khi dòng điện thấp chạy qua vật liệu, các hạt phân tán vào chất điện phân và vật liệu chuyển sang chế độ làm mát, do đó bức xạ và sức nóng của mặt trời được phản xạ thay vì hấp thụ. Trong nghiên cứu, vật liệu đã được chuyển đổi qua lại thành công trong 1.800 chu kỳ.

Nhóm nghiên cứu cho biết, về cơ bản, chúng tôi đã tìm ra một cách tiêu tốn ít năng lượng để giúp một tòa nhà có thể phản ứng như một con người. Loại vật liệu thông minh này cho phép chúng tôi duy trì nhiệt độ trong một tòa nhà mà không cần tiêu tốn quá nhiều năng lượng.

Trên thực tế, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng khi vật liệu ở cấu hình chế độ gia nhiệt rắn, nó có thể giữ lại 93% năng lượng hồng ngoại mà nó tiếp xúc. Ở chế độ làm mát bằng chất lỏng, nó có thể phản xạ tới 92% năng lượng này. Các nhà nghiên cứu cho biết, ngay cả khi tính cả dòng điện nhỏ cần thiết để kích hoạt sự thay đổi, điều này cũng giúp tiết kiệm tới 8,4% chi phí HVAC của tòa nhà.

Nhóm nghiên cứu cho biết, một khi chuyển đổi giữa các trạng thái, bạn không cần phải sử dụng thêm bất kỳ năng lượng nào để duy trì trạng thái đó. Vì vậy, đối với các tòa nhà mà bạn không cần phải chuyển đổi giữa các trạng thái này thường xuyên, hệ thống thực sự sử dụng một lượng điện rất không đáng kể.

Hơn nữa, vật liệu này có thể được lập trình để thay đổi ở bất kỳ nhiệt độ cần thiết nào nên về cơ bản nó có thể được điều chỉnh để hoạt động khác nhau ở các vùng khí hậu khác nhau.

Vật liệu này trong suốt khi ở chế độ làm mát, ngoài việc mang lại lợi ích điều chỉnh nhiệt độ, nó còn có thể mang lại một yếu tố thiết kế thú vị, vì nó sẽ có bề ngoài bằng đồng khi ở chế độ giữ nhiệt rắn, nhưng có thể hiển thị bất kỳ sắc tố màu nào được áp dụng cho lớp dưới cùng khi ở chế độ làm mát trong suốt.

Các vật liệu thay đổi màu sắc theo cách này để đáp ứng với dòng điện được gọi là điện hóa và đã có một vật liệu rất giống được phát triển hai năm trước bởi các nhà khoa học tại Đại học Duke ở North Carolina. Chúng tôi cũng đã thấy những vật liệu như vậy được phát triển để sử dụng trong phim cách nhiệt và kính râm, chúng có thể chuyển đổi các sắc tố tùy vào điều kiện ánh sáng.

Hiện tại, các nhà nghiên cứu đã tạo ra các mảnh vật liệu có chiều ngang khoảng 6 cm (khoảng 2,4 inch), nhưng theo họ, có thể xây dựng bằng cách sử dụng nó trong cấu hình giống như tấm lợp.