VINACHEM

Cách đây hơn 100 năm, nhà sáng chế Alexander Grahalm Bell (người phát minh ra máy điện thoại), đã phát triển một loại vật liệu cứng nhưng rất nhẹ dựa trên cách sắp xếp các khối hình tam giác và hình tứ diện thành các lưới.

Áp dụng nguyên tắc tương tự, vừa qua các nhà nghiên cứu tại Đại học California (Mỹ) đã thiết kế một loại vật liệu cacbon mới dạng lưới nano, có độ cứng cao hơn kim cương nếu tính theo tỉ lệ giữa độ bền và tỷ trọng.

Những cấu trúc lưới với các thanh đan chéo nhau đã được biết đến từ lâu và được sử dụng trong các ứng dụng hàng không cũng như các thiết bị bảo vệ chống va đập, ví dụ mũ bảo hiểm. Nhưng vật liệu lưới mới của các nhà khoa học California sử dụng các tấm mỏng tạo thành khoang khép kín thay cho các thanh dầm hình trụ, nhớ đó cấu trúc lưới có độ bền cao hơn nhiều.

Thông thường, nếu ba thanh dầm đan vuông góc với nhau tạo thành một điểm nút thì lực tác động lên một trong các thanh dầm này sẽ chỉ gây áp lực lên thanh dầm tương ứng, hai thanh dầm còn lại không phải chịu lực. Trong khi đó, nếu ba tấm mỏng đan nhau tạo thành một góc thì khi lực tác động theo một hướng sẽ có hai tấm cùng chịu lực. Trong thiết kế kiểu thanh dầm, chỉ một phần ba vật liệu hoạt động khi chịu lực tác động, nhưng ở thiết kế kiểu các tấm mỏng thì hai phần ba vật liệu sẽ hoạt động khi chịu lực tác động.

Trong các thử nghiệm đã thực hiện, kiểu thiết kế luwois nano dạng tấm mỏng đã được xác định là bền hơn 6,39% và cứn hơn 522% so với các kết cấu kiểu thanh dầm trong kiếm trúc hiện nay.

Nhưng các thiết kế kiểu tấm mỏng trước đây thường không đạt hiệu quả tính năng cơ học đủ cao. Trong khi đó, vật liệu luwois nano dạng tấm của các nhà khoa học California bền và cứng hơn nhiều so với các lưới dầm nano tốt nhất đã được tạo ra cho đến nay.

Vật liệu mới được chế tạo bằng cách sử dụng kỹ thuật in laze 3D. Một kính hiển vi quang học tập trung tia laze lên giọt nhựa lỏng nhạy cảm vửa tia UV. Nhựa hấp thụ ánh sáng laze và trùng ngưng khi các phân tử chịu tác động đồng thời của 2 photon. Cấu trúc của lưới pplyme tạo ra có thể được thay đổi bằng cách quét tia laze hoặc di chuyển giá đỡ vật liệu theo 3 hướng. Nhựa dư thừa được loại bỏ qua các lỗ hổng cực nhỏ trong các tấm trước khi lưới polyme được chuyển thành lưới các bon nhờ xử lý nhiệt trong chân không ở 900oC.

Hiện tại, phương pháp trên chỉ có thể cho phép chế tạo những lượng nhỏ lưới nano kiểu tấm, nhưng các nhà khoa học tin rằng quá trình này có thể được nâng cấp để sản xuất những lượng vật liệu ở quy mô thương mại.

Nếu được triển khai thành công trên quy mô lớn, vật liệu lưới nano kiểu tấm mới có triển vọng sẽ được ứng dụng trong các lĩnh vực hàng không vũ trụ, dụng cụ cơ điện micro như cảm biến điện thoại thông minh, dụng cụ y sinh cỡ nhỏ hoặc các vệ tinh cỡ micro.

LH

Theo Chemistry & Industry, 5/2020