Modul đèn LED tản nhiệt bằng chất lỏng, sáng chế của nhà khoa học trẻ

Sáng chế modul đèn LED công suất trên 100 W tản nhiệt bằng chất lỏng cacbon nano sử dụng trong chiếu sáng công cộng đảm bảo độ bền, tuổi thọ và hiệu quả kinh tế vượt trội so với chiếu sáng thông dụng.

Gia tài “khủng” của nhà khoa học trẻ

10 năm làm việc, nhà khoa học trẻ, TS Bùi Hùng Thắng, Giám đốc Trung tâm Ứng dụng và Triển khai Công nghệ, Viện Khoa học vật liệu (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) sở hữu 9 bằng độc quyền sáng chế.

Riêng trong năm 2019, TS Thắng có 2 bằng độc quyền sáng chế được Cục Sở hữu trí tuệ cấp bằng và 8 đơn đăng ký sáng chế được chấp nhận. Đặc biệt, cũng trong năm 2019 có ba bằng độc quyền sáng chế của TS Thắng được triển khai bao gồm: “Module đèn LED tản nhiệt bằng chất lỏng” được Công ty TNHH Khoa học và Công nghệ Minh Quang và Nhà máy Nhôm Đông Anh ứng dụng trong sản xuất thử nghiệm; “Bóng đèn LED tản nhiệt bằng chất lỏng tự đối lưu” đang được Công ty TNHH Công nghệ và Xúc tiến thương mại Haledco kết hợp để chế tạo và thương mại hóa sản phẩm; “Quy trình chế tạo kem tản nhiệt nền silicon chứa thành phần Graphene” đang được Công ty TNHH Công nghệ và Xúc tiến thương mại Haledco ứng dụng trong tản nhiệt cho một số sản phẩm đèn LED.

Với quan điểm làm khoa học ứng dụng, tất cả những nghiên cứu, sáng chế của anh và cộng sự đều “bắt tay” với các đối tác, doanh nghiệp để được áp dụng vào thực tiễn, phục vụ cuộc sống.

Tốt nghiệp trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, TS Thắng được nhận về làm việc tại Viện Khoa học vật liệu. Với niềm đam mê trong lĩnh vực vật liệu mới nên anh chọn hướng nghiên cứu về tản nhiệt từ ống nano cacbon (CNTs) và graphene (Gr). Đây là hai loại vật liệu được các nhà khoa học thế giới quan tâm nhờ những tính chất cơ lý ưu việt như: Có độ cứng lớn, độ bền cao, phát xạ điện trường và khả năng dẫn nhiệt tốt.

Theo TS Thắng, giới khoa học công nghệ luôn muốn tìm kiếm các vật liệu có hệ số dẫn nhiệt cao để tăng hiệu quả truyền nhiệt cho các linh kiện điện tử hoặc thiết bị công suất cao trong quá trình hoạt động. Theo đuổi lĩnh vực này, anh tập trung nghiên cứu về vật liệu tản nhiệt chứa thành phần CNTs và Gr trên cả hai hướng cơ bản và ứng dụng.

Anh chia sẻ: “Các mô hình giải thích cơ chế hoạt động khi đưa CNTs vào chất lỏng tản nhiệt đã được nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới đưa ra, nhưng độ chính xác chưa cao khi áp dụng thực tế. Chúng tôi đã tìm cách cải tiến những mô hình đó và tìm được vài khiếm khuyết để khắc phục”.

Mô hình do nhóm của TS Bùi Hùng Thắng xây dựng đã chứng minh được độ chính xác cao khi so sánh với các nghiên cứu tương tự trên thế giới, phù hợp với nhiều môi trường chất lỏng khác nhau (dầu gấc, nước...). Công trình được công bố trên tạp chí của Viện Vật lý Mỹ và đem lại cho anh đề cử giải Nhà khoa học trẻ thuộc giải thưởng Tạ Quang Bửu 2017.

Tăng độ bền tuổi thọ, hiệu quả kinh tế vượt trội

Từ nghiên cứu này, TS Thắng tìm cách ứng dụng chất lỏng tản nhiệt vào các linh kiện điện tử có công suất lớn, như modul đèn LED chiếu sáng công cộng, nhằm giải quyết một bài toán thực tế: Để thay loại đèn công cộng công nghệ cũ hiện nay bằng đèn LED để tăng cường độ chiếu sáng, kéo dài tuổi thọ của đèn và tiết kiệm điện thì chi phí rất lớn. Giải pháp nhà khoa học trẻ đưa ra là lắp modul vào hệ thống tản nhiệt bằng chất lỏng nano để biến đèn công cộng thành đèn LED.

TS Bùi Hùng Thắng và các cộng sự

Theo đó, sau khi hoàn thiện công nghệ chế tạo modul đèn LED công suất trên 100 W tản nhiệt bằng chất lỏng cácbon nano sử dụng trong chiếu sáng công cộng đảm bảo độ bền, tuổi thọ và hiệu quả kinh tế vượt trội so với chiếu sáng thông dụng.

Theo TS Thắng về mặt lý thuyết nghiên cứu đã phát triển một số nghiên cứu tính toán lý thuyết trong chất lỏng tản nhiệt chứa thành phần cacbon nano bao gồm: tính toán lý thuyết độ dẫn nhiệt của chất lỏng chứa thành phần AL-SWCNT, xây dựng mô hình tính toán độ dẫn nhiệt của chất lỏng nền hỗn hợp EG/DW chứa thành phần CNTs. Các nghiên cứu thực nghiệm trong việc hình thành quy trình chế tạo chất lỏng tản nhiệt chứa thành phần CNTs cũng đã được TS Thắng và các cộng sự nghiên cứu hoàn thiện tối ưu.

Đã thử nghiêm đặt nền tảng ứng dụng sản phẩm vào thực tế

Về mặt ứng dụng, TS Thắng cùng các cộng sự đã hoàn thiện quy trình chế tạo modul đèn LED chiếu sáng đường phố tản nhiệt bằng chất lỏng nano cácbon. Viện Khoa học vật liệu cũng đã kết hợp với Công ty TNHH Khoa học và Công nghệ Minh Quang và Nhà Máy Nhôm Đông Anh để sản xuất chế tạo thử nghiệm 20 modul đèn LED.

Các thông số kỹ thuật của modul đèn LED đã được tiến hành đo đạc thử nghiệm và kiểm định tại Tổng Cục đo lường chất lượng. Kết quả thu được đặt nền tảng cho việc ứng dụng sản phẩm vào thực tế trong giai đoạn tiếp theo.

Với những kết quả đã đạt được, nhóm nghiên cứu đề tài đã có những đóng góp nhất định so với những đề tài và công trình công bố khác được biết đến trong nước cũng như trên thế giới.

Cụ thể, xây dựng được mô hình tính toán lý thuyết độ dẫn nhiệt của chất lỏng tản nhiệt nền EG/DW chứa thành phần CNTs. Hoàn thiện quy trình sản xuất thử nghiệm mođul đèn LED chiếu sáng đường phố tản nhiệt bằng chất lỏng nano cácbon

Xây dựng 2 đăng ký sáng chế mới liên quan đến thiết kế cải tiến của mođul đèn LED (đã được Cục Sở hữu trí tuệ chấp nhận đơn).

Với sáng chế: “Modul đèn LED tản nhiệt bằng chất lỏng” có thể lắp thay thế vào hệ thống đèn đường chiếu sáng hiện nay. Theo TS Thắng, hệ thống chiếu sáng đèn LED là xu hướng mới, với ưu điểm vượt trội so với hệ thống đèn đường đang sử dụng hiện nay là tiết kiệm năng lượng, tuổi thọ cao, chất lượng ánh sáng trung thực.

“Tôi đã thuyết phục doanh nghiệp bằng cách chỉ ra cho họ thấy hệ thống đèn công cộng ở Việt Nam rất lớn. Nếu mỗi sản phẩm chỉ lãi một chút thôi thì lợi nhuận không hề nhỏ” - TS Thắng kể và cho biết đang hợp tác với doanh nghiệp để nghiên cứu sản xuất số lượng lớn.

TS Thắng cho rằng, những thành tựu mà anh có được một phần nhờ cách tạo điều kiện cho nhà khoa học trẻ của lãnh đạo Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Theo đó, Viện có một mô hình rất hay là giao đề tài quy mô nhỏ cho các nhà khoa học trẻ để mỗi người tự hình thành kết quả nghiên cứu của mình. Nhờ cơ chế này anh có 1 bằng sáng chế và 1 giải pháp hữu ích trong giai đoạn 2013-2014.

“Nếu không có đề tài cơ sở như vậy, tôi sẽ không có nền tảng để theo đuổi các nghiên cứu ở cấp viện và cấp bộ”, anh nói và mơ ước cơ chế trên sẽ được nhiều đơn vị, tổ chức nghiên cứu áp dụng để tạo thêm nhiều cơ hội cho các nhà khoa học trẻ.

Thắng cũng cho biết thêm, điều kiện nghiên cứu ở Việt Nam hiện nay cũng đã tốt hơn so với những giai đoạn trước, cho dù còn khó khăn hơn so với những nước phát triển khác, nhưng anh luôn nghĩ không phải chỉ ở nước ngoài mới có thể thành công trong khoa học.

“Đã có rất nhiều gương mặt nhà khoa học giỏi khác chứng minh điều này”, Thắng nói. Với những gì nhà khoa học trẻ đóng góp, năm 2019 anh vinh dự là 1 trong 10 gương mặt trẻ Thủ đô tiêu biểu.

Huyền Anh