VINACHEM

Bằng cách sử dụng từ trường, các nhà nghiên cứu tại Viện Kỹ thuật sinh học Wyss thuộc Đại học Harvard (Mỹ) đã kiểm soát cấu trúc phân tử của hợp chất đàn hồi tinh thể lỏng (LCE) và tạo ra polyme 3D với các hình dạng được lập trình, có thể quay về mọi hướng theo tác động của nhiệt hoặc theo ánh sáng Mặt Trời. Nghiên cứu này có thể được áp dụng cho các giàn pin năng lượng Mặt Trời, giúp chúng tự quay theo hướng Mặt Trời để tăng hiệu suất thu giữ năng lượng.

LCE là polyme cao su có chứa các thành phần tinh thể lỏng, chúng xác định hướng quay và co giãn của polyme. Cho đến nay, phần lớn LCE tổng hợp chỉ có thể biến đổi hình dạng theo một hoặc hai hướng, do đó hạn chế khả năng có được những hình dạng khác nhau.

Các nhà nghiên cứu tại Viện Wyss đã cho các tiền chất LCE chịu tác động của từ trường trong quá trình tổng hợp LCE. Tất cả các thành phần tinh thể lỏng bên trong LCE đã tự sắp xếp dọc theo từ trường và duy trì cách sắp xếp này sau khi polyme đông cứng. Nhờ thay đổi hướng của từ trường trong quá trình đó, các nhà nghiên cứu đã quy định hình dạng cuối cùng của LCE khi nó được gia nhiệt đến gần nhiệt độ có thể phá vỡ định hướng của các cấu trúc tinh thể lỏng.

Bằng cách nói trên, các nhà nghiên cứu đã có thể lập trình gần như toàn bộ hình dạng hình học của bản thân vật liệu. Khi được đưa trở về nhiệt độ của môi trường xung quanh, các cấu trúc biến đổi đã lấy lại hình dạng đã định hướng bên trong ban đầu của chúng.

Những thay đổi hình dạng theo cách lập trình như vậy có thể được sử dụng để mã hóa các thông điệp mà sẽ chỉ thể hiện khi vật liệu được gia nhiệt đến một nhiệt độ cụ thể. Phương pháp này có thể được áp dụng như cơ chế kích hoạt cho người máy mềm, hoặc sử dụng làm vật liệu kết dính có thể thay đổi tính kết dính.

Nhóm nghiên cứu cũng có khả năng lập trình hình dạng LCE để tái định hình bản thân vật liệu này dưới tác động của ánh sáng bằng cách kết hợp các phân tử liên kết ngang và nhạy cảm ánh sáng vào cấu trúc vật liệu trong quá trình polyme hóa. Nếu cấu trúc được chiếu sáng từ một hướng nhất định, bề mặt hướng về ánh sáng sẽ co lại, khiến cho toàn bộ hình dạng của vật liệu uốn cong theo hướng ánh sáng. Dạng chuyển động tự điều chỉnh này cho phép LCE tự định hướng theo ánh sáng.

Phát hiện trên có tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Ví dụ, các tấm pin năng lượng Mặt Trời được phủ các lớp vi cấu trúc như trên sẽ có khả năng tự quay theo hướng Mặt Trời, nhờ đó tăng mạnh hiệu quả thu giữ năng lượng ánh sáng.

HS

Theo Chemistry & Industry, 2/2019