Thường thì nhiều người sẽ thích chọn màu sơn trắng cho ngôi nhà của mình, thế nhưng màu sơn tinh khôi ấy chẳng giữ mãi vẻ đẹp ban đầu. Theo thời gian, các chất từ không khí sẽ tích tụ lại trên bề mặt lớp sơn. Hiệu ứng này được mong đợi bởi vì nó giúp thanh lọc không khí, nhưng chính vì thế mà màu sơn sẽ dần thay đổi, trở nên ố bẩn, và chủ nhà sẽ cần sơn lại. Chi phí cho mỗi lần sơn lại không hề rẻ, và người tiêu dùng cần loại sơn bền bỉ để bảo vệ ngôi nhà hiệu quả lẫn tiết kiệm chi phí.

Và có thể, mong muốn của người tiêu dùng sắp thành hiện thực, khi một nhóm nghiên cứu từ TU Wien và Đại học Politecnica delle Marche (Ý) hiện đã thành công phát triển các hạt nano oxit titan đặc biệt có khả năng giúp sơn tự làm sạch. Cụ thể, những hạt nano này có hoạt tính quang xúc tác, chúng có thể sử dụng ánh sáng mặt trời để liên kết những chất lơ lửng trong không khí. Nhưng không dừng lại ở đây, hạt nano còn có thể phân hủy những chất đã liên kết được. Như vậy, khi dùng loại sơn chứa hạt nano này, bức tường sẽ khiến không khí trong nhà sạch hơn – và đồng thời có khả năng tự làm sạch.

Một điều đặc biệt là các công ty sản xuất có thể thêm những hạt này vào sản phẩm thông thường có mặt trên thị trường với chi phí không hề đắt đỏ. Lí do là vì nguyên liệu thô cho loại sơn tường mới là phế liệu kim loại và lá cây khô, những thứ vốn hay bị bỏ đi.

Giáo sư Günther Rupprechter từ Viện Hóa học Vật liệu tại TU Wien cho biết: “Ví dụ, trong chất xúc tác, các kim loại quý được sử dụng là bạch kim hoặc vàng. Tuy nhiên, trong nghiên cứu của chúng tôi thì chỉ cần những nguyên tố đã có sẵn ở khắp mọi nơi: Để thu được phốt pho, nitơ và carbon, chúng tôi sử dụng lá khô rụng xuống từ cây ô liu và titan dùng cho các hạt nano oxit titan được lấy từ chất thải kim loại, thường bị vứt đi”.

Hai nhà nghiên cứu Qaisar Maqbool và Günther Rupprechter. Nguồn: Đại học Công nghệ Vienna

Oxit titan biến tính trong sơn tường

Có rất nhiều chất ô nhiễm bay lượn trong không khí trong nhà – từ dư lượng chất tẩy rửa và sản phẩm vệ sinh, cho tới những phân tử phát tán trong quá trình nấu nướng hoặc thải ra từ các vật liệu như đồ da. Trong một số trường hợp, điều này có thể ảnh hưởng tới sức khỏe của người sống trong nhà, những vấn đề như vậy còn được gọi với cái tên “hội chứng bệnh nhà kín”.

Giáo sư Rupprechter chia sẻ: “Trong nhiều năm, nhiều người đã cố gắng sử dụng sơn tường pha trộn nhiều thứ khác nhau để làm sạch không khí. Các hạt nano oxit titan đặc biệt nổi trội trong bối cảnh này. Chúng có thể liên kết và phân nhiều loại chất ô nhiễm khác nhau”.

Tuy nhiên, khi thêm các hạt nano oxit titan thông thường vào thì độ bền của sơn sẽ chịu ảnh hưởng: hạt nano không những phân hủy chất ô nhiễm, mà chúng cũng có thể khiến lớp sơn không ổn định và tạo ra các vết nứt. Trong trường hợp xấu nhất, thậm chí các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi có thể được giải phóng, từ đó gây hại cho sức khỏe của con người. Sau một thời gian nhất định, lớp sơn sẽ chuyển sang màu xám và xỉn đi, cuối cùng chủ nhà cần sơn lại.

Tự làm sạch bằng ánh sáng

Nhược điểm này của các hạt nano không phải không có cách khắc phục. Các hạt nano có thể tự làm sạch nếu chúng được chiếu tia UV. Oxit titan là một chất xúc tác quang: một loại vật liệu cho phép phản ứng hóa học diễn ra khi tiếp xúc với ánh sáng thích hợp. Tia UV tạo ra điện tích tự do trong các hạt, chúng phân hủy những chất ô nhiễm bị giữ lại từ không khí thành các hạt nhỏ và giải phóng chúng. Bằng cách này, các chất ô nhiễm được biến thành vô hại, nhưng không bám vĩnh viễn trên mặt sơn. Màu tường vẫn giữ được sự ổn định trong thời gian dài.

Tuy nhiên, trên thực tế thì điều này ít được ứng dụng. Bởi xét cho cùng, chẳng chủ nhà nào muốn ngày ngày phải chiếu tia UV cường độ cao lên tường để thúc đẩy quá trình làm sạch của sơn. Chính vì thế, mục tiêu của nhóm nghiên cứu là “biến đổi các hạt này theo cách mà hiệu ứng quang xúc tác có thể diễn ra nhờ ánh mặt trời thông thường”.

Để thực hiện được mục tiêu này, họ đã cho thêm một số nguyên tố bổ sung nhất định vào các hạt nano oxit titan, chẳng hạn như phốt pho, ni tơ và carbon. Kết quả là tần số ánh sáng mà các hạt có thể thu được thay đổi, và thay vì cần chiếu tia UV, ánh sáng khả kiến thông thường cũng có thể kích hoạt quá trình quang xúc tác.

Loại bỏ được 96% chất ô nhiễm

“Giờ đây, chúng tôi đã nghiên cứu chi tiết hiện tượng này bằng cách sử dụng nhiều phương pháp phân tích bề mặt và hạt nano khác nhau. Nhờ vậy, nhóm chúng tôi có thể chỉ ra chính xác những hạt này hoạt động ra sao trước và sau khi được thêm vào sơn tường”, Qaisar Maqbool, tác giả chính của nghiên cứu cho biết.

Nhóm nghiên cứu trộn những hạt nano oxit titan đã biến đổi vào loạt sơn tường thông thường được bán trên thị trường và dội lên bề mặt được sơn một dung dịch chứa chất ô nhiễm. Sau đó, 96% chất ô nhiễm đã phân rã nhờ ánh sáng mặt trời. Màu sắc của lớp sơn không thay đổi – bởi vì chất gây ô nhiễm bám vào đã bị rã ra dưới ánh nắng.

Loại sơn tường mới này có rất nhiều ưu điểm sáng giá: nó loại bỏ được các chất ô nhiễm trong không khí, bền màu hơn so với các loại sơn khác, quan trọng là nó tiết kiệm được tài nguyên trong quá trình sản xuất nhờ dùng vật liệu tái chế. Các nhà nghiên cứu đang tiến hành thêm nghiên cứu để tối ưu hóa loại sơn, hướng tới việc thương mại hóa sản phẩm hữu ích này.