Công nghệ hiện đại đang dần phát triển ra các loại vật liệu mới. Để có thể đáp ứng được nhiều yêu cầu và phát triển, các nhà khoa học, kỹ sư khoa học liên tục nghiên cứu để tạo ra nhiều loại vật liệu mới có đặc tính vượt trội. Để có thể vượt qua giới hạn hiện tại của nhiều ngành, cần có những vật liệu tối ưu hơn nữa. Gần đây một nhóm các kỹ sư khoa học của nhiều nước đang phát triển một loại vật liệu mới. Theo đó, loại vật liệu này sẽ có độ bền cao, siêu nhẹ. Bằng nhiều thí nghiệm trực tiếp, loại vật chất này sẽ có cấu hình nano siêu nhỏ và nhẹ.
Mục lục
Dự án phát triển loại vật liệu siêu nhẹ
Nhiều kỹ sư từ các nước cùng hợp tác
Các kỹ sư từ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT). Các khoa học gia Viện Công nghệ California (Caltech) của Mỹ và Viện Kỹ thuật Liên bang Thụy Sĩ (ETH Zürich) đã chế tạo một vật liệu siêu nhẹ mới. Nền tảng từ các cấu trúc carbon kích cỡ nanomet giống như “thanh chống”. Cho độ bền cơ học và khả năng đàn hồi cao hơn. Mục đích của dự án vô cùng to lớn. Do đó sự hợp tác của những kỹ sư từ những bộ phận lớn của các nước vô cùng cần thiết.
Họ đã tạo ra được vật liệu siêu nhẹ, độ bền cao
Nhóm nghiên cứu đã kiểm tra khả năng đàn hồi của vật liệu bằng cách bắn nó bằng các vi hạt silic oxit. Bắn vào những hạt có đường kính chỉ 14 micromet ở tốc độ siêu thanh. Kết quả nhận thấy rằng chỉ với độ dày mỏng hơn sợi tóc người, vật liệu đã có thể ngăn chặn đường đạn xuyên qua nó.
Tính toán cho thấy so với thép, nhôm, Kevlar và các vật liệu chống va đập khác có khối lượng tương đương. Thì vật liệu mới cho khả năng hấp thụ tác động lực hiệu quả hơn nhiều. Nếu được sản xuất trên quy mô lớn, nó hoàn toàn có thể trở thành một sự lựa chọn thay thế với mức giá phải chăng.
Vật liệu siêu nhẹ sẽ rất hữu ích
Kết quả có thể áp dụng vào nhiều điều trong thực tiễn
“Kiến thức từ công trình nghiên cứu này có thể cung cấp các nguyên tắc thiết kế cho vật liệu chống va đập siêu nhẹ để sản xuất áo giáp, lớp phủ bảo vệ và lá chắn chống nổ trong lĩnh vực quốc phòng và vũ trụ”, Giáo sư khoa học vật liệu, cơ học và kỹ thuật y tế Julia R. Geer tại Caltech, đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết.
Cấu trúc nano, tùy thuộc vào cách chúng được sắp xếp. Theo đó có thể mang lại cho vật liệu những đặc tính độc đáo như độ nhẹ và khả năng phục hồi đặc biệt. Nhóm nghiên cứu bắt đầu tìm hiểu về loại vật liệu này trong các điều kiện biến dạng nhanh. Điển hình như tác động của tốc độ cao.
Quá trình chế tạo phức tạp, nguy hiểm
Tại Caltech, họ lần đầu tiên chế tạo một vật liệu cấu trúc nano. Thực hiện bằng cách sử dụng công nghệ in thạch bản hai photon. Đây là một kỹ thuật sử dụng tia laser nhanh với công suất cao. Kết quả để làm rắn chắc các cấu trúc nano trong một loại nhựa cảm quang. Sau đó, nhóm đã xây dựng thành công một cấu hình mạng tinh thể lặp lại. Cấu hình này được gọi là tứ diện, bao gồm các thanh chống cực nhỏ.
“Trong khi carbon có đặc tính giòn, sự sắp xếp và kích thước nhỏ của các thanh chống trong vật liệu cấu trúc nano mới tạo ra một kiến trúc chịu uốn cong tốt giống như cao su”. Phó giáo sư kỹ thuật cơ khí Carlos Portela tại MIT, tác giả chính của nghiên cứu, nhấn mạnh.
Sau khi tạo hình cấu trúc mạng tinh thể, các nhà nghiên cứu rửa sạch nhựa còn sót lại. Và đặt nó vào lò chân không nhiệt độ cao để chuyển polymer thành carbon. Cuối cùng tạo thành vật liệu carbon siêu bền, nhẹ.
Trong tương lai, Portela có kế hoạch khám phá thêm các cấu hình cấu trúc nano khác nhau. Cũng như các vật liệu ngoài carbon và tìm cách mở rộng quy mô sản xuất của chúng. Những công nghệ phát triển những loại vật liệu tối ưu này vô cùng cần thiết cho sự phát triển của nhân loại.
