Các nhà khoa học tại Đại học Chiết Giang, Trung Quốc, vừa công bố một bước đột phá trong công nghệ vật liệu: phát triển thành công một loại kính trong suốt có khả năng tự làm sạch bằng cách sử dụng điện trường để loại bỏ bụi và các hạt bẩn bám trên bề mặt. Phát minh này mở ra một giải pháp đơn giản, tiết kiệm và bền vững cho bài toán làm sạch, vốn tốn kém thời gian, công sức và chi phí trên quy mô toàn cầu.
Từ cửa sổ gia đình, mặt kính các tòa nhà cao tầng đến các tấm pin mặt trời đặt giữa sa mạc, bụi bẩn luôn là "kẻ thù" thầm lặng làm giảm hiệu suất và tuổi thọ của nhiều thiết bị. Trong khi đó, các phương pháp làm sạch truyền thống lại không hiệu quả trong môi trường khô, bụi dày hoặc đòi hỏi bảo trì liên tục. Một hướng tiếp cận đầy hứa hẹn trong những năm gần đây là sử dụng thiết bị điện trường để di chuyển và loại bỏ bụi mà không cần nước hay hóa chất. Công nghệ “màng điện động” (electrodynamic screen) thậm chí đã được áp dụng trên xe tự hành trên sao Hỏa để giữ cho các cảm biến luôn sạch.
Tuy nhiên, hầu hết các hệ thống hiện tại vẫn chưa thực sự hiệu quả do thiếu hiểu biết đầy đủ về cách bụi bắt đầu di chuyển hoặc tách khỏi bề mặt. Điều này khiến các nhà nghiên cứu phải phỏng đoán trong việc thiết kế cấu trúc và vật liệu, dẫn đến hiệu suất kém với bụi mịn hoặc bề mặt không đồng đều.
Ảnh minh hoạ.
Giải pháp của nhóm nghiên cứu Trung Quốc dựa trên việc quan sát kỹ lưỡng hành vi bất thường của các hạt mang điện khi chịu tác động của điện trường xoay chiều. Thay vì chỉ trượt ngang theo chiều điện trường, một số hạt bụi có thể đảo chiều đột ngột hoặc thậm chí bật khỏi bề mặt kính. Dựa trên các mô hình vật lý mới, nhóm đã chế tạo loại kính siêu mỏng, chỉ dày 0,62 mm, có thể làm sạch đến 98% lượng bụi chỉ trong vài giây, mà không cần nước, chất tẩy rửa hay tiêu tốn nhiều năng lượng.
Không dừng lại ở việc làm sạch bụi hiện hữu, loại kính này còn có khả năng ngăn bụi trong không khí bám vào bề mặt khi điện trường được kích hoạt. Nhóm nghiên cứu gọi hiện tượng này là “hiệu ứng chắn hạt” (particle shielding effect), giúp giảm tới 90% lượng bụi lắng đọng trong các điều kiện như bão cát hay thời tiết khô hanh.
Đặc biệt, loại kính mới này vẫn duy trì được độ trong suốt gần như tuyệt đối, chỉ làm giảm một lượng nhỏ ánh sáng, chủ yếu ở dải hồng ngoại. Điều này vốn không ảnh hưởng nhiều đến khả năng nhìn hay truyền sáng. Lợi thế này khiến sản phẩm trở nên lý tưởng để ứng dụng trên pin mặt trời, kính chắn gió ô tô, mái nhà kính hoặc các mặt kính trong suốt của tòa nhà cao tầng - nơi ánh sáng và hiệu quả năng lượng đóng vai trò quan trọng.
Một điểm cộng khác của công nghệ này là tính khả thi trong sản xuất công nghiệp. Quá trình chế tạo đơn giản, chỉ bao gồm việc khắc các điện cực lên bề mặt kính rồi phủ một lớp màng bảo vệ mỏng. Tất cả đều sử dụng vật liệu phổ thông và quy trình sản xuất hiện có, không cần thiết bị chuyên dụng hay chi phí cao, giúp dễ dàng mở rộng sản xuất đại trà.
Theo Interesting Engineering