Công nghệ phủ nano mới hứa hẹn nâng cao hiệu quả năng lượng đèn đường LED
Các nhà khoa học từ Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah (KAUST) và Thành phố Khoa học và Công nghệ King Abdulaziz (KACST) ở Ả Rập Xê Út đã hợp tác phát triển một công nghệ phủ nano sáng tạo, dự kiến sẽ tăng đáng kể hiệu quả năng lượng của đèn đường Điốt phát sáng (LED) và cắt giảm lượng khí thải carbon.
Được xuất bản trên tạp chíÁnh sáng: Khoa học & Ứng dụng, nghiên cứu lưu ý rằng việc áp dụng rộng rãi công nghệ này chỉ riêng ở Hoa Kỳ có thể giảm lượng khí thải carbon dioxide hơn 1,3 triệu tấn mỗi năm.
Chiếu sáng là ngành tiêu thụ năng lượng lớn, chiếm khoảng 20% lượng điện sử dụng toàn cầu và gần 6% lượng khí thải nhà kính. Chỉ riêng hệ thống chiếu sáng đường phố đã chiếm 1-3% nhu cầu điện toàn cầu, gây gánh nặng cho chính quyền thành phố. Trong khi đèn LED là nguồn sáng hiệu suất cao, khoảng 75% năng lượng của chúng chuyển đổi thành nhiệt và tiêu tán trong quá trình hoạt động. Nhiệt độ cao không chỉ làm giảm hiệu suất phát sáng mà còn rút ngắn tuổi thọ của đèn, làm cho việc quản lý nhiệt hiệu quả trở nên quan trọng để nâng cao hiệu suất đèn LED.
Sự đổi mới cốt lõi của nhóm nghiên cứu là một vật liệu nano được gọi là nanoPE (nano polyethylene xốp). Được làm từ polyetylen thông thường, vật liệu này có các lỗ rỗng 30 nanomet (khoảng một phần nghìn đường kính tóc người) thông qua một quy trình sản xuất đặc biệt. Đặc tính độc đáo của nó là truyền ánh sáng hồng ngoại hiệu quả cao (nguồn bức xạ nhiệt chính) - hơn 80% - trong khi phản xạ hơn 95% ánh sáng nhìn thấy.
Để tối đa hóa lợi ích của nanoPE, các nhà nghiên cứu đề xuất lắp đặt đèn đường LED phủ vật liệu này "lộn ngược". Trong thiết lập này, năng lượng nhiệt (ánh sáng hồng ngoại) từ đèn truyền trơn tru qua nanoPE, tỏa ra bầu trời để tản nhiệt, trong khi ánh sáng nhìn thấy cần thiết để chiếu sáng xuống được phản xạ hiệu quả xuống mặt đất. Điều này khác biệt rõ rệt so với thiết kế đèn LED truyền thống, nơi nhiệt được giữ lại bên trong và đầu đèn hướng xuống dưới.
Kết quả thí nghiệm xác nhận rằng lớp phủ nanoPE làm giảm nhiệt độ LED xuống 7,8°C trong môi trường phòng thí nghiệm (tăng hiệu suất lên ~5%) và 4,4°C trong các thử nghiệm ngoài trời (tăng hiệu suất ~4%). Trưởng nhóm nghiên cứu, Giáo sư Qiaoqiang Gan nhấn mạnh rằng ngay cả những cải tiến hiệu quả nhỏ cũng có thể gây ra tác động đáng kể đến sự phát triển bền vững khi được triển khai trên quy mô lớn. Đồng tác giả Tiến sĩ Hussam Qasem nói thêm rằng thiết kế tăng cường tản nhiệt trong khi vẫn duy trì hiệu quả chiếu sáng cao, làm cho nó trở thành một giải pháp đầy hứa hẹn cho ánh sáng bền vững.
