Lấy cảm hứng từ lớp da nứt nẻ cùng khả năng giữ nước của voi châu Phi, PGS kiến trúc Dorit Aviv (Trường Thiết kế Weitzman, Mỹ) và nhà khoa học vật liệu Shu Yang (một nhà khoa học vật liệu tại Penn Engineering, Mỹ) vừa phát minh một loại gạch xi măng có khả năng hấp thụ nước trong 50 mili giây và làm bay hơi nước từ từ, giúp làm mát các tòa nhà lên đến 20°C mà không cần điều hòa.
Công trình đăng trên tạp chí Advanced Materials tháng 7/2026 này được hỗ trợ bởi Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến về Năng lượng thuộc Bộ Năng lượng Mỹ và Quỹ Khoa học Quốc gia.
Tòa nhà không biết đổ mồ hôi: Gạch xi măng "học" da voi để tự làm mát
Cùng một đèn hồng ngoại, cùng một lượng nước tưới, ba loại tấm cho ba nhiệt độ rất khác nhau. Bên dưới lớp xi măng lấy cảm hứng từ da voi của kiến trúc sư Dorit Aviv, nhiệt độ giữ ổn định ở 32°C.
Bên dưới vữa thương mại có vết nứt là 42°C. Bên dưới vữa không nứt, nhiệt độ lên tới 52°C. So với vữa không nứt, mức chênh lệch nhiệt độ lên đến 20°C.
Các nhà khoa học đã tạo ra một loại xi măng mới lấy cảm hứng từ da voi, có khả năng hấp thụ nước trong 50 mili giây.
Ý tưởng về loại gạch tự làm mát này bắt đầu từ một câu hỏi: Voi châu Phi sống giữa thảo nguyên nóng bỏng mà không đổ mồ hôi, vậy nó giữ mát bằng cách nào?
Phó giáo sư kiến trúc Dorit Aviv trả lời gọn: Nhờ nếp nhăn. Lớp da xám dày vài cm của voi chằng chịt khe nứt. Khi voi phun nước lên người, nước nằm lại trong các khe, bốc hơi từ từ và rút nhiệt khỏi cơ thể trong thời gian dài.
Cùng nhau, họ biến ý tưởng thành loại tấm gạch xi măng mới, có khả năng giữ nước, để nước bốc hơi chậm và làm mát bề mặt mà không cần quạt, máy nén hay bộ phận chuyển động nào.
Biến vết nứt - nỗi sợ của ngành xây dựng thành kênh dẫn nước
Về lý thuyết, giữ nước để nó bay hơi và rút nhiệt thì đơn giản. Thực tế thì khó, vì vật liệu xây dựng thông thường rất kém việc này. Nước đọng thành giọt, nảy ra hoặc lăn thẳng xuống trước khi kịp làm mát.
Nhóm cần cách dẫn từng giọt đi đúng đường, và họ tìm đến chính thứ ngành xây dựng muốn tránh - vết nứt (vốn được xem là dấu hiệu của sự xuống cấp của một công trình).
Nhóm tác giả lại thiết kế sao cho vết nứt hình thành đúng chỗ, tạo thành mạng ống mao dẫn li ti kéo nước đi khắp bề mặt và giữ nó lại.
Ảnh: Penn Engineering
Công thức bắt đầu từ xi măng Portland thông thường trộn với tảo silic - một vật liệu xốp làm từ tảo hóa thạch. Hỗn hợp được đúc thành tấm mỏng, để thủy hóa một phần rồi sấy trong điều kiện kiểm soát. Khi co lại, ứng suất dồn lên và nhả ra theo những đường đã vẽ trước, nên các vết nứt thành một mạng lưới có quy luật thay vì nứt ngẫu nhiên.
Các chuyên gia cho biết, việc chứa nước và việc dẫn nước là hai bài toán khác nhau. Các lỗ rỗng bên trong vật liệu đóng vai bể chứa nhỏ, hút từng giọt rất nhanh. Mạng vết nứt đóng vai hệ kênh, phân phối nước ra khắp mặt tấm. Chính sự kết hợp của hai thứ này giúp tấm giữ được nước thay vì để nó thất thoát.
Khi nước chạm mặt tấm, nó bị hút vào trong vài chục mili giây thay vì nảy đi. Nước chạy theo mạng nứt, tỏa khắp mặt tấm hình tổ ong, kể cả ngược chiều trọng lực trên mặt dốc. Cấu trúc lục giác ép nước đi zích zắc theo chiều ngang thay vì chảy thẳng xuống. Bề mặt nhờ đó ướt lâu hơn, quá trình bay hơi có thời gian làm việc, và theo nhóm, tấm có thể làm mát liên tục tới 20 giờ.
Điểm hứa hẹn nhất của công nghệ này là sự đơn giản. Nhóm cho biết hỗn hợp xi măng và đất tảo cát có thể phun lên tấm diện tích lớn bằng súng phun, loại thiết bị quen thuộc ở công trường. Điều đó mở ra khả năng thi công tại chỗ với chi phí hợp lý.
Người Mỹ nói riêng dành khoảng 90% thời gian trong nhà, và các tòa nhà tiêu thụ khoảng 40% năng lượng sơ cấp, gần một nửa trong đó cho sưởi, làm mát và thông gió. Điều hòa còn đẩy nhiệt từ trong nhà ra ngoài phố. Hệ thống mới làm mát chính lớp "da" của công trình.
Nếu lớp phủ chứng minh được độ bền ngoài trời và việc cấp nước tự động chạy tốt, vết nứt có thể từ nỗi lo của ngành xây dựng trở thành công cụ làm mát.
Tham khảo: Penn Engineering
