Vật liệu xanh làm lạnh được phát hiện

Các nhà nghiên cứu Anh và Tây Ban Nha vừa xác định được một chất rắn thân thiện với môi trường có thể thay thế các loại khí (gas) không hiệu quả và gây ô nhiễm hiện được sử dụng trong hầu hết các tủ lạnh và máy điều hòa không khí.

Khi chịu áp lực, các tinh thể nhựa của neopentylglycol mang lại hiệu quả làm mát rất lớn, đủ khả năng cạnh tranh với các chất làm mát thông thường. Ngoài ra, vật liệu này rẻ tiền, có sẵn rộng rãi và mang chức năng gần với nhiệt độ phòng. Bài viết chi tiết được công bố trên Tạp chí Nature Communications.

Các loại khí hiện đang được sử dụng trong đại đa số các tủ lạnh và máy điều hòa không khí có tên là hydrofluorocarbons và hydrocarbon (HFC và HC). Khi chúng rò rỉ vào không khí, sẽ góp phần làm nóng toàn cầu.

“Tủ lạnh và điều hòa không khí dựa trên HFC và HC cũng tương đối kém hiệu quả. Hiện chúng đang ngốn 1/5 năng lượng được sản xuất trên toàn thế giới và nhu cầu làm mát luôn tăng lên”- TS. Xavier Moya, thuộc ĐH Cambridge, nghiên cứu cùng GS. Josep Lluís Tamarit, thuộc ĐH Politècnica de Catalunya- nói.

Công nghệ làm mát thông thường dựa vào những thay đổi nhiệt xảy ra khi chất lỏng nén nở ra. Hầu hết các thiết bị làm mát hoạt động bằng cách nén và mở rộng chất lỏng như HFC và HC. Khi chất lỏng nở ra, nó giảm nhiệt độ, làm mát môi trường xung quanh.

Trong nghiên cứu mới, việc làm mát bằng cách thay đổi cấu trúc kính hiển vi của vật liệu, áp dụng từ trường, điện trường hoặc thông qua lực cơ học. Việc phát hiện ra các hiệu ứng barocaloric khổng lồ trong một tinh thể nhựa của neopentylglycol (NPG) và các hợp chất hữu cơ liên quan khác đã san bằng sân chơi.

Do bản chất liên kết hóa học của chúng, các vật liệu hữu cơ dễ nén hơn và NPG được sử dụng rộng rãi trong quá trình tổng hợp sơn, polyesters, chất hóa dẻo và chất bôi trơn. Nó không những có sẵn rộng rãi mà còn ít tốn kém.

Các phân tử của NPG, bao gồm carbon, hydro và oxy, gần như hình cầu và chỉ tương tác với nhau một cách yếu ớt. Những liên kết lỏng lẻo trong cấu trúc kính hiển vi của nó cho phép các phân tử xoay tương đối tự do. Từ “dẻo” trong “tinh thể nhựa” không chỉ thành phần hóa học mà là tính dễ uốn của nó. Tinh thể nhựa nằm ở ranh giới giữa chất rắn và chất lỏng.

Nén NPG mang lại những thay đổi nhiệt lớn chưa từng thấy do cấu hình lại phân tử. Sự thay đổi nhiệt độ đạt được tương đương với những thay đổi được khai thác thương mại trong HFC và HC.

Việc phát hiện ra các hiệu ứng barocaloric khổng lồ trong tinh thể nhựa sẽ đưa vật liệu barocaloric đi đầu trong nghiên cứu và phát triển để đạt được sự làm mát an toàn thân thiện với môi trường mà không ảnh hưởng đến hiệu suất.

Moya hiện đang làm việc với Công ty Cambridge Enterprise, chi nhánh thương mại hóa của Trường ĐH Cambridge, để đưa công nghệ này ra thị trường.

HẢI HUỲNH (Nguồn: the journal Nature Communications)