Dù là một dầm cấu kết nâng đỡ một tòa nhà chung cư hay một miếng băng dính tờ đồ án trường, chúng ta đã quen với suy nghĩ rằng vật liệu trở nên yếu theo thời gian nhưng một sáng tạo mới tại Đại học Chicago có đảo ngược quá trình này. Các kỹ sư đã phát triển một loại gel mới thực tế có thể tăng độ bền theo thời gian chịu rung động và sức ép, bằng cách lấy cảm hứng từ cách mà xương tự điều chỉnh khối lượng và độ cứng để nâng đỡ các mức tải trọng khác nhau trong suốt cuộc đời của chúng ta.

Một loại vật liệu mới được phát triển tại Đại học Chicago khi tiếp xúc với áp suất cơ học khiến nó tăng độ cứng (Ảnh: Z. Wang et al./Nature Materials)

“Mọi vật chất khác đều trở nên yếu hơn khi bị rung động. Đây là lần đầu tiên chúng tôi đảo ngược quá trình đó, chứng minh một vật liệu có thể tự tăng độ cứng đáp lại rung cơ học”, người dẫn đầu nhóm nghiên cứu Aaron Esser-Kahn cho biết. Trong khi bản chất thích nghi của xương người cung cấp một phần nguồn cảm hứng cho Esser-Kahn và nhóm của ông thì phần khác đến từ cái được gọi là hiệu ứng áp điện. Hiệu ứng này đề cập đến các thiết bị và vật liệu có thể chịu ứng suất cơ học và rung động và chuyển đổi chuyển động đó thành điện tích. Chúng ta đã mường tượng ra cách công nghệ có thể được tích hợp vào giày dép, mặt đường và bàn phím laptop nhưng nhóm cho biết ứng dụng cụ thể này là ứng dụng đầu tiên thuộc loại này. Các nhà nghiên cứu bắt đầu với ý tưởng rằng có lẽ tồn tại một điện tích được tạo ra thông qua hiệu ứng áp điện có thể được sử dụng để kích hoạt phản ứng trong một loại vật liệu có khả năng tự tăng độ cứng của nó. Do vậy, họ đã tiến hành thử nghiệm với các hóa chất khác nhau để cố gắng tìm ra một loại gel có các đặc tính phù hợp. Sau khi sàng lọc qua hàng chục hỗn hợp, cuối cùng nhóm đã tìm ra được nhà vô địch: một loại gel polyme cùng với hỗn hợp của thứ được gọi là lò phản ứng thiol-ene và các hạt áp điện ôxít kẽm. Vật liệu này có thể cứng lên khi rung động do các hạt truyền năng lượng và bắt đầu phản ứng thiol-ene, có tác dụng tạo ra các liên kết chéo mới trong vật liệu. Trong quá trình thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đã biến loại gel mềm này thành một vật liệu có độ cứng gần với độ cứng của xương, gấp 66 lần độ cứng bạn đầu của nó mà chỉ duy nhất chịu tác động của độ rung. Điều thú vị là vật liệu cứng hơn ở những khu vực mà nhận được ứng suất lớn nhất. “Cũng giống như xương, vật liệu tăng độ cứng với mức lực chính xác mà chúng tôi áp dụng nó”, Esser-Kahn cho biết. Nhóm nghiên cứu nhận thấy nhiều khả năng cho loại vật liệu này, bao gồm các tòa nhà phát cứng cáp hơn theo thời gian hoặc các thiết bị cấy ghép y tế tích hợp với cơ thể hiệu quả hơn. Một lĩnh vực thực sự hứa hẹn là chất kết dính, chẳng hạn như chất kết dính được sử dụng trong kỹ thuật hàng không vũ trụ để kết hợp các vật liệu khác nhau với nhau. “Chất kết dính có thể chịu ảnh hưởng rất nhiều bởi dạng lực này. Keo dính gần như luôn là điểm gây đứt gãy trong các vật liệu. Khả năng này có thể dẫn đến các chất kết dính chuyên dụng bám dính và đông kết tốt hơn nhiều”, Esser-Kahn cho biết thêm. LH (Đại học Chicago)

Nguồn: dost-dongnai.gov.vn