VINACHEM

Xà cừ tự nhiên là chất cứng tạo nên lớp lót màu ngũ sắc óng ánh bên trong vỏ hoặc mai một số loài động vật thân mềm như trai, hàu. Đây là một trong những vật liệu cứng nhất và bền nhất trong thiên nhiên. Vẻ đẹp của xà cừ luôn có sức hấp dẫn lớn và được nhiều nền văn hóa đánh giá cao.

Dưới kính hiển vi điện tử, cấu trúc của xà cừ hiện lên rất đẹp như một lớp tường gạch mini với các khe nối được trát vữa. Những viên gạch được tạo thành từ các tấm CaCO₃ nhỏ tí xíu đặt chồng lên nhau và liên kết với nhau nhờ những chiếc cầu nối bằng khoáng chất, trát bằng vữa là một chất hữu cơ.

Các nhà nghiên cứu tại Viện Kỹ thuật liên bang Thụy Sĩ (ETH) đã khảo sát và tìm cách mô phỏng cấu trúc nói trên của xà cừ. Họ sử dụng một quy trình đặc biệt do mình tự phát triển để tạo ra vật liệu tương tự xà cừ.

Trước tiên, các nhà nghiên cứu sử dụng các lát mỏng nhôm oxit với kích thước vài chục mm có bán sẵn trên thị trường và nhựa epoxy để làm chất kết dính như xi măng. Trong một từ trường quay, các nhà nghiên cứu sắp xếp theo một hướng các lát nhôm oxit đã từ hóa trong dung dịch nước. Sau đó, ở điều kiện áp suất cao và nhiệt độ khoảng 1000^oC, họ bổ sung nhựa epoxy để làm cho vật liệu hóa cứng. Kết quả là họ thu được vật liệu composit với cấu trúc micro tương tự xà cừ tự nhiên.

Để làm cho xà cừ nhân tạo cứng và bền hơn, các nhà nghiên cứu đã bọc phủ những lát nhôm oxit nói trên bằng TiO₂. TiO₂ bắt đầu nóng chảy ở khoảng 800^oC, thấp hơn điểm nóng chảy của Al₂O₃. Các giọt nhỏ TiO₂ hình thành trên bề mặt của các lát Al₂O₃ và tạo thành cầu nối, do đó củng cố toàn bộ cấu trúc. Theo một tác giả trong nhóm nghiên cứu, những chiếc cầu nối này giúp tăng đáng kể độ bền của vật liệu.

Mật độ các cầu nối TiO₂ có thể được điều chỉnh chính xác nhờ áp suất và nhiệt độ, qua đó tạo ra xà cừ nhân tạo với các tính chất vật lý như độ cứng, độ bền và độ dai chống nứt vỡ mong muốn. Với sự trợ giúp của các mô hình và các thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã tính toán những điều kiện áp suất và nhiệt độ sẽ hỗ trợ sự tạo thành các tính chất tương ứng, tương đương độ cứng của vật liệu composit sợi cacbon. Bằng cách đó, các nhà nghiên cứu đã tạo ra kỷ lục thế giới mới trong việc kết hợp độ cứng, độ bền và độ dai ở dạng vật liệu mô phỏng sinh học này.

Với công nghệ mới phát triển, các nhà khoa học ETH có thể tạo ra vật liệu tương tự xà cừ với những tính chất tùy biến cho các ứng dụng tương ứng. Những lĩnh vực ứng dụng có thể đối với vật liệu mới này trong tương lai là xây dựng, chế tạo máy bay và hàng không vũ trụ.

LH

Theo ScienceDaily, 12/2018