Vật liệu lấy cảm hứng sinh học: Ứng dụng cho cửa sổ hiệu quả về năng lượng

Trong một bài báo được công bố gần đây trên tạp chí về vật liệu và pin  năng lượng mặt trời, Solar Energy Materials & Solar Cells, Giáo sư Hatton và các đồng nghiệp tại Đại học Harvard đã mô tả một phương pháp mới để giảm sự mất nhiệt trong mùa đông và giữ cho tòa nhà mát mẻ trong mùa hè. Lấy cảm hứng từ sinh học để kiểm soát nhiệt của cửa sổ, phương pháp tiếp cận là một loại màng vật liệu trong suốt và dẻo được gắn vào cửa sổ thông thường.
 

Loại màng đàn hồi này được làm bằng polydimetylsiloxan (PDMS) có các mạch nhỏ mà trong đó nước có thể lưu thông ở nhiệt độ phòng. Kỹ thuật này đã làm giảm từ 7-9 oC trong các thí nghiệm ở phòng thí nghiệm và có hiệu quả cho cả quy mô lớn và nhỏ. Giáo sư Hatton nói: "Kết quả của chúng tôi cho thấy mạng lưới mạch dẫn nhỏ nhân tạo cỡ từ micromet đến mm, được đặt trong một lớp màng trong suốt trên toàn bộ bề mặt của một cửa sổ, cung cấp một cơ chế bổ sung và làm mát các cửa sổ. Đây cũng là một công cụ mới để kiểm soát nhiệt trong thiết kế xây dựng".
 
Giáo sư Hatton cho biết, các cửa sổ chiếm khoảng 40% chi phí năng lượng của một tòa nhà. Để tìm một giải pháp, ông quay về với thiên nhiên. Không giống như hệ thống kiểm soát nhiệt hiện nay của con người, các sinh vật đã tiến hóa theo một cơ chế hoàn toàn khác và rất hiệu quả khi chúng sử dụng một mạng lưới mạch máu bên trong. Ví dụ, mạch máu giãn ra để tăng lưu lượng máu dưới da giúp tăng sự truyền nhiệt do đối lưu, trong khi sự co mạch hạn chế dòng chảy khi da tiếp xúc với môi trường lạnh.
 
Theo Giáo sư Hatton, kỹ thuật này cũng có thể được áp dụng cho các tấm pin mặt trời để tăng hiệu quả của chúng. Ông cũng lưu ý rằng nước đi qua các tấm pan-nô sẽ nóng lên và có thể được sử dụng cho các hệ thống cung cấp nước nóng.