นักวิจัยสหรัฐฯ สร้างเจลใสกันความร้อน นวัตกรรมใหม่ฉนวนที่ลดการสูญเสียพลังงานในอาคาร

นักวิจัยจากทีมงานของมหาวิทยาลัยโคโลราโดโบลเดอร์ (University of Colorado Boulder) ในสหรัฐอเมริกา ค้นพบวัสดุฉนวนชนิดใหม่ที่มีความบางเป็นพิเศษ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพด้านพลังงานของหน้าต่างโดยการปิดกั้นความร้อน วัสดุป้องกันหน้าต่างที่แทบจะมองไม่เห็นและมีอายุการใช้งานยาวนานนี้ ถูกเรียกว่า Mesoporous Optically Clear Heat Insulator หรือ MOCHI โดยมันมีความสามารถในการกักเก็บความร้อน ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการลดการใช้พลังงานในภาคอาคาร

คุณสมบัติและกลไกการทำงาน

MOCHI ถูกอธิบายโดยนักวิจัยว่าเป็นบับเบิ้ลแร็ปเวอร์ชันไฮเทค (High-tech version of Bubble Wrap) วัสดุนี้เป็นเจลซิลิโคนที่ประกอบด้วยอากาศมากกว่า 90 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งมันจะดักจับอากาศไว้ภายในเครือข่ายของรูพรุนขนาดเล็กอย่างเหลือเชื่อ ซึ่งมีขนาดบางกว่าเส้นผมของมนุษย์หลายเท่า

กลไกการทำงานของมัน คือ การถ่ายเทความร้อนตามปกติเปรียบได้กับการเล่นเกมพูลที่โมเลกุลที่มีพลังงานจะชนกันและถ่ายโอนความร้อน แต่ในช่องอากาศที่เล็กจิ๋วของ MOCHI โมเลกุลของก๊าซไม่มีพื้นที่เพียงพอที่จะชนกันเพื่อถ่ายโอนความร้อน โมเลกุลเหล่านี้จะกระดอนออกจากผนังรูพรุนแทน ซึ่งเป็นการหยุดการไหลของความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ

MOCHI เป็นการปรับปรุงจากแอโรเจลรุ่นเก่า ซึ่งเป็นวัสดุฉนวนที่มักถูกเรียกว่าควันแช่แข็ง (Frozen smoke) เนื่องจากช่องอากาศที่กระจายตัวแบบสุ่มทำให้มีแนวโน้มที่จะปรากฏเป็นสีขุ่นมัว ซึ่งขาดความใสที่จำเป็นสำหรับห้องนั่งเล่น ในทางกลับกัน ทีมงานของอีวาน สมาลยุค (Ivan Smalyukh) ศาสตราจารย์ฟิสิกส์ของมหาวิทยาลัยโคโลราโดโบลเดอร์ได้ออกแบบกระบวนการผลิตอย่างพิถีพิถันเพื่อให้ได้มาซึ่งความโปร่งใส

ประสิทธิภาพสูงและมีความโปร่งใส

ผลลัพธ์ คือ MOCHI สามารถทำหน้าที่เป็นชั้นฉนวนที่สะท้อนแสงที่เข้ามาเพียง 0.2 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น ทำให้มุมมองยังคงคมชัด แผ่น MOCHI ที่มีความหนาเพียง 5 มิลลิเมตร สามารถให้ฉนวนที่เพียงพอต่อการถือเปลวไฟไว้ในมือได้อย่างปลอดภัย

อีวาน สมาลยุค (Ivan Smalyukh) กล่าวว่า "ทีมงานต้องการให้ผู้คนสามารถมีอุณหภูมิที่สะดวกสบายภายในอาคารได้โดยไม่จำเป็นต้องสิ้นเปลืองพลังงาน ไม่ว่าอุณหภูมิภายนอกจะเป็นอย่างไร"

ศักยภาพในการประหยัดพลังงานและการใช้งานในอนาคต

MOCHI มีศักยภาพในการบรรเทาปัญหาการสูญเสียพลังงานทั่วโลกอย่างรุนแรงในภาคอาคาร วัสดุนี้มีเป้าหมายในการแก้ปัญหาการแลกเปลี่ยนความร้อนที่ไม่ดีผ่านพื้นผิวโปร่งใส เช่น หน้าต่าง ที่ทำให้บ้านสูญเสียความอบอุ่นในฤดูหนาวหรือตึกระฟ้าที่ร้อนจัดในฤดูร้อน ในสหรัฐอเมริกาเพียงอย่างเดียว อาคารพาณิชย์บริโภคพลังงานที่ผลิตได้มากกว่า 40%

ปัจจุบัน MOCHI ถูกผลิตเป็นแผ่นบาง ๆ ในห้องปฏิบัติการและยังไม่มีวางจำหน่ายแก่ผู้บริโภค อย่างไรก็ตาม ศักยภาพของมันขยายไปไกลกว่าการเคลือบหน้าต่างธรรมดา วิศวกรคาดการณ์ถึงการออกแบบอุปกรณ์ที่สามารถใช้ MOCHI ในการดักจับความร้อนจากดวงอาทิตย์ เพื่อแปลงแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานที่ยั่งยืนและราคาถูกสำหรับทำน้ำร้อนและทำความร้อนภายในอาคารได้ แม้ในวันที่อากาศค่อนข้างมีเมฆมาก

แม้ว่ากระบวนการผลิตในปัจจุบันจะใช้เวลานาน แต่ทีมงานเชื่อว่าวิธีการผลิตสามารถทำให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นได้ เนื่องจากใช้วัสดุที่มีราคาค่อนข้างไม่แพง การพัฒนานี้ได้ถูกเผยแพร่รายละเอียดในวารสาร Science เมื่อวันที่ 11 ธันวาคมที่ผ่านมา