TS Trần Thị Đức, chủ nhiệm đề tài.

Viễn cảnh trên đây hoàn toàn có thể thành sự thật, nếu loại sơn nano do các nhà nghiên cứu của Viện Vật lý ứng dụng và Thiết bị khoa học sáng chế được ứng dụng rộng rãi trong đời sống. Loại sơn này được Tiến sĩ Trần Thị Đức, Phó viện trưởng và các cộng sự nghiên cứu thành công từ năm 2003, nhưng đến nay mới được biết đến rộng rãi. Về bản chất, nó được cấu tạo từ các hạt TiO2 ở cỡ nanomét (phần tỷ mét) với một chất keo nước.

Thông thường TiO2 là chất bột màu trắng, có kích cỡ một micromét (phần triệu mét), rất bền, không độc và rẻ tiền. Ở kích cỡ này, nó được dùng để tạo màu trắng trong công nghiệp sơn và hoá mỹ phẩm từ 100 năm nay. Nhưng gần đây, các nhà khoa học Nhật Bản đã phát hiện thấy khi đưa TiO2 xuống kích thước cực nhỏ - cỡ nanomét - thì nó thể hiện những tính chất vật lý và hoá học khác hẳn. Trên cơ sở đó, họ chế tạo thành công sơn tự làm sạch có thành phần chính là hạt TiO2 ở cỡ nano, rất hữu dụng trong sơn kính, sơn tường, chống khuẩn và nấm mốc trong các bệnh viện.

Nguyên lý làm việc của sơn quang xúc tác TiO2.

Nhận thấy đặc tính cực kỳ ưu việt của sản phẩm này, các chuyên gia của Viện Vật lý ứng dụng và Thiết bị khoa học đã tự mày mò và sau cùng điều chế thành sơn quang xúc tác TiO2 bằng phương pháp đơn giản, giá dễ chấp nhận. Nguyên lý hoạt động của loại sơn này như sau: dưới tác động của tia tử ngoại (có trong ánh sáng mặt trời hoặc đèn huỳnh quang), TiO2 trong lớp sơn phủ sẽ làm phát sinh các tác nhân ôxy hoá cực mạnh như H₂O_2, O₂^- _,OH ^-, mạnh gấp hàng trăm lần các chất ôxy hoá quen thuộc hiện nay là clo, ozone. Nhờ khả năng ôxy hoá mạnh này, nó có thể phân huỷ hầu hết các hợp chất hữu cơ, khí thải độc hại, vi khuẩn, rêu mốc bám trên bề mặt vật liệu thành những chất vô hại như CO2, H2O.

Tiến sĩ Đức cho biết, sơn quang xúc tác TiO2 có thể tạo thành màng mỏng (trong suốt hoặc trắng đục) dày cỡ 10 micromét lên bất kỳ loại bề mặt nào như tường, kính, gạch men, gỗ, giấy. Nó bám dính tốt ở nhiệt độ thường và chịu được mọi điều kiện thời tiết mưa, nắng. Nếu được xử lý ở nhiệt độ 500 độ C, sơn sẽ có độ bền vĩnh cửu, còn nếu không qua xử lý nhiệt, nó có độ bền bán vĩnh cửu - tức là có thể bị cào xước như sơn thông thường.

Kính phủ màng TiO2 (trái) có số vi khuẩn giảm mạnh và bị diệt hoàn toàn sau 1 giờ dưới ánh sáng thường. Tấm không phủ (trái), vi khuẩn E. coli phát triển mạnh.

Màng sơn quang xúc tác TiO2 do Viện sáng chế có những tính năng nổi bật là diệt khuẩn và chống rêu mốc. Các nhà khoa học ở Viện Công nghệ sinh học đã thử nghiệm và thấy rằng trong điều kiện ánh sáng thường, trên tấm kính không phủ màng sơn TiO2, vi khuẩn E.coli và Bacillus subtilic vẫn sống hầu như nguyên vẹn. Nhưng trên kính có phủ màng TiO2, lượng vi khuẩn giảm nhanh và bị diệt hoàn toàn chỉ sau vài giờ. Thử nghiệm của Viện Vệ sinh dịch tễ trung ương (Bộ Y tế) cũng cho hiệu quả tương tự. Tổng số vi khuẩn phát hiện trên mẫu gạch phủ TiO2 giảm rõ rệt sau 10 ngày so với mẫu gạch thường, và hầu như biến mất sau 2,5 tháng.

Trong điều kiện có nước và ánh sáng, rêu mọc nhiều trên tấm kính thường (ảnh dưới, phải), còn nửa tấm phủ (dưới, trái) vẫn sạch như 3 tháng trước đó (kính phía trên).

Trong một thí nghiệm về khả năng chống rêu mốc, một nửa lớp kính được phủ màng TiO2 và một nửa để nguyên. Sau hai tháng đặt kính trong điều kiện ẩm ướt và có ánh sáng, rêu mọc nhiều trên nửa tấm kính không phủ TiO2, nửa còn lại vẫn sạch nguyên. Những kết quả này đã mở ra triển vọng ứng dụng sơn quang xúc tác TiO2 để làm sạch không khí, diệt khuẩn phòng ở và chống rêu mốc trên tường, đặc biệt hữu ích trong các bệnh viện.

Nửa kính phủ màng TiO2 (trái) không bị đọng nước, không bị mờ, so với nửa không phủ màng TiO2.

Bên cạnh đó, sơn quang TiO2 còn giúp bề mặt vật liệu tự rửa sạch bằng nước mưa và chống mờ do hạt nước. Trên gạch men hoặc kính thường, nước thường đọng thành giọt, gây mờ kính, khi khô thì để lại vết bẩn. Nhưng với bề mặt phủ TiO2, giọt nước rơi xuống bị loang phẳng, đẩy bụi bẩn khỏi bề mặt, và làm cho kính trở nên trong suốt chứ không mờ. Cũng thể ứng dụng TiO2 để tạo màng lọc quang xúc tác, dùng trong máy làm sạch không khí, máy điều hoà...

Để chế tạo sơn, ngoài TiO2 còn cần có các chất keo gắn kết. Nhưng vì TiO2 có khả năng ôxy hoá cực mạnh, nên nó phân huỷ luôn cả những loại keo polymer dùng trong sơn thông thường, do vậy nhóm nghiên cứu đã phải chế riêng một loại keo nước cho sản phẩm này. Chất kết dính là vô cơ nên không bị ánh sáng phân huỷ tạo thành bụi.

Về tính an toàn của sản phẩm, các nhà nghiên cứu cho biết các ôxy hoạt tính được tạo ra trên bề mặt chất quang xúc tác, không tách ra khỏi bề mặt hoặc phát tán vào không khí, vì vậy không có sự nguy hiểm cho con người (thực tế, các chất hữu cơ phải tiếp xúc với bề mặt chất quang xúc tác mới bị phân huỷ). Không xảy ra hiện tượng bở phấn trên bề mặt vật liệu phủ màng TiO2. Nếu TiO2 chạm vào da thì mặt ngoài tiếp xúc với ánh sáng mới có tác dụng, mặt trong tiếp xúc với da không có tác dụng, nên tay người sẽ không bị ảnh hưởng.

Sản phẩm đang ở trong giai đoạn chuyển từ phòng thí nghiệm ra sản xuất. Hiện tại, các nhà nghiên cứu đã nhận được nhiều đề nghị cung cấp sản phẩm, chẳng hạn công ty Viglacera đề nghị sử dụng thử sơn quang phủ chống ẩm mốc cho gạch ốp, nhưng Viện chưa có điều kiện sản xuất trên quy mô lớn. Tiến sĩ Đức cho biết bà mong muốn được hợp tác với các nhà đầu tư để mở rộng sản xuất hoặc chuyển giao công nghệ, nhằm phục vụ cho lợi ích của cộng đồng.

Liên hệ: Viện Vật lý ứng dụng và Thiết bị khoa học, 18 Hoàng Quốc Việt, Hà Nội. ĐT: 04 836.1893, 04 8364754; Fax 04 7562949.

Độc giả có thể trao đổi kinh nghiệm tại đây.