Màng chống nhiệt

Màng chống nhiệt là gì? Cơ sở vật lý ở đây như ở đây như thế nào? Tại sao có loại đất, loại rẻ chênh lệch nhau đến ngàn chục lần như vậy?

1. Ánh sáng mặt trời và tấm kính trong suốt

Ban ngày Mặt trời lên, trời sáng. Nhưng Mặt trời không phải chỉ gửi đến Trái đất ánh sáng nhìn thấy mà là gửi đến rất nhiều loại bức xạ do các phản ứng nhiệt hạch trong lòng Mặt trời sinh ra.

Cũng may là Mặt trời ở xa và quanh Trái đất có một lớp khí quyển dày đặc nên bức xạ từ Mặt trời đến Trái đất có nhiều hạn chế. Phần chủ yếu đến được Mặt đất là sóng điện từ bước sóng trải dài từ tử ngoại đến hồng ngoại. Nếu xem toàn bộ năng lượng bức xạ từ Mặt trời gửi đến Mặt đất là 100% thì 3% là thuộc tử ngoại (UV = 3%), 56% là thuộc hồng ngoại (IR = 56%) còn 41% là thuộc ánh sáng nhìn thấy (VL = 41%). Tia tử ngoại < 0,4m nếu nhiều một chút là làm hại mắt, hại da bất lợi cho sức khoẻ. Tia hồng ngoại (> 0,7m) gây ra nóng bức khó chịu. Ánh sáng nhìn thấy 0,4m > > 0,7m rất cần thiết cho mắt ta nhìn thấy mọi vật xung quanh.

Chế tạo được thủy tinh, làm được các tấm kính trong suốt là một thành tựu lớn về vật liệu. Kính ô tô, kính nhà cửa có tác dụng che gió, che mưa… lại nhìn qua được dễ dàng, vừa tiện lợi vừa đẹp đẽ. Nhưng kính cũng để cho tia tử ngoại xuyên qua làm hại da, hại mắt. Kính cũng để tia hồng ngoại xuyên qua làm nóng bức. Hơn nữa bức xạ hồng ngoại do vật bị chiếu nóng lên gây ra lại khó thoát ra ngoài khỏi tấm kính, thường gọi đó là hiệu ứng nhà kính. Vì vậy trời hơi nắng ngồi trong xe ô tô đóng kín cửa rất khó chịu, càng nắng càng phải cho điều hoà nhiệt độ chạy mạnh. Cũng vậy càng nhiều cửa kính mùa hè ở trong nhà càng nóng bức, rất tốn tiền điện để chạy điều hoà nhiệt độ.

Phương hướng dùng kính tối ưu là làm sao chặn không cho bức xạ hồng ngoại, bức xạ tử ngoại lọt qua kính vào bên trong còn ánh sáng nhìn thấy thì qua lại dễ dàng sáng bên trong, rõ bên ngoài.

Thực hiện phương hướng này không đơn giản, phải dùng nhiều thủ thuật vật lý.

2. Có nhiều loại màng dán vào kính để chống tác hại ánh sáng mặt trời

Thoạt đầu người ta nghĩ cách làm màng có chất nhuộm màu, hoạt động theo nguyên tắc hấp thụ. Màng màu càng tối, làm việc có vẻ càng tốt, thí dụ người ngồi trong ô tô kính có dán màng này trời nắng nhìn ra rất mát mắt, không chói chang. Nhưng khi ánh sáng bên ngoài yếu, trời hơi tối thì lại rất khó nhìn, mỏi mắt và hơi nguy hiểm. Có chống nóng, chống tử ngoại một ít nhưng chống luôn cả ánh sáng nhìn thấy. Tuy vậy loại màng nhuộm màu này hiện nay vẫn dùng vì giá rẻ nhất.

Vào những năm 1990 loại màng dán vào kính thế hệ mới xuất hiện. Đây là màng chế tạo theo phương pháp lai. Màng gồm nhiều lớp, lớp có chất nhuộm màu để hấp thụ ánh sáng mặt trời để làm bớt nóng, đặc biệt có một lớp mỏng kim loại để đặc biệt là phản xạ tia tử ngoại.

So với màng chỉ đơn thuần là nhuộm màu như trước đây, loại màng này làm giảm nóng tốt hơn 25% giảm hẳn tia tử ngoại độc hại, được ứng dụng rất nhiều.

Ngày nay một loại màng chống nhiệt mới ra đời dựa trên công nghệ nano. Loại này có chất nhuộm màu và kim loại nhưng chủ yếu là có các hạt gốm hay tinh thể oxyt dùng để chặn không cho phần hồng ngoại của phổ Mặt trời lọt qua. Loại hạt gốm kích thước nanomet này chặn rất tốt hồng ngoại nhưng hoàn toàn trong suốt đối voíư ánh sáng nhìn thấy, dán vào kính trước xe ô tô, ban đêm vẫn nhìn rõ.

Người ta chọn hạt gốm nano vì kích thước hạt nhỏ đến nanomet mới có tính hấp thụ chọn lọc như nói ở trên, đồng thời hạt gốm khá bền vững theo thời gian, màng không bị suy thoái. Màng chống nhiệt luôn được dán vào mặt trong của kính (mặt trong xe ô tô, trong nhà) vì mặt ngoài dễ bị bụi bặm đất cát làm hư. Chúng ta có thể nhìn cụ thể các lớp cấu thành một màng chống nhiệt từ đơn giản đến phức tạp và hiểu được tại sao có loại đắt, có loại rẻ (có ghi chú ở hình vẽ).

Màng chống nhiệt gốm nano

Để đánh giá chất lượng kỹ thuật, thường dùng các tiêu chí, tính theo phần trăm:

- Ánh sáng nhìn thấy truyền qua được VLT.

- Ánh sáng tử ngoại bị phản xạ ngược lại UVR.

- Tia hồng ngoại bị chặn lại IRR.

- Năng lượng mặt trời (total solar energy) bị chặn lại.

Thí dụ loại màng chống nhiệt khá tốt hiện nay có:

VLT                                                     62%

UVR                                                   99%

IRR                                                      86%

Năng lượng mặt trời bị chặn lại 40%

Dán màng chống nhiệt vào kính xe ô tô, vào kính nhà của ngoài lợi ích là đỡ nóng, mát mắt, tiết kiệm được nhiều tiền xăng tiền điện do ít chạy điều hoà nhiệt độ, còn có những lợi ích phụ:

- Chống được tia tử ngoại nên không bị hại da, hại mắt, đồ đạc ít bị phai màu bị thoái hoá do tia tử ngoại.

- Chống được mảnh kính vỡ vụn văng ra khi có sự cố: va chạm xe, vật văng vào nhà… Đó là vì khi dán màng chống nắng, luôn có màng trong suốt bằng chất dẻo dính chặt vào kính.

Phía ngoài tấm kính của xe ô tô, nhà cửa… cũng có nhiều loại màng dán vào để kính tự làm sạch, mưa ướt không mờ, không cần gạt nước… ta sẽ tìm hiểu trong kỳ sau.