Các nhà nghiên cứu ở Nhật Bản vừa phát triển một loại vật liệu nhớt đàn mởi (viscoelastic material) có độ ổn định trong miền biến thiên nhiệt độ khó tin, từ -1960C đến 10000C. Đây là lần đầu tiên một loại vật liệu có tính đàn hồi không kém các vật liệu thông thường nhưng vẫn duy trì trạng thái ở nhiệt độ cao và trở nên giòn khi lạnh đi.
Các nhà khoa học đã bắt đầu nghiên cứu các ống nano cac-bon từ 20 năm qua vì vật liệu này có nhiều tính chất rất đáng chú ý như khả năng kéo căng lớn và dẫn điện rất tốt. Mới đây, Ming Xu thuộc AIST ở Tsukuba và các cộng sự đã khám phá một tính chất ngoài mong đợi của các ống này-tính đàn nhớt trên một miền nhiệt độ rất rộng.
Vật liệu đàn nhớt hành xử giống như chất lỏng đậm đặc (ví dụ, mật ong) nhưng lại đàn tính cao, như các miếng cao su. Một ví dụ về loại vật liệu như vậy là các bọt po-li-me-được ứng dụng rộng rãi trong các nút bịt lỗ tai, chúng có thể thay đổi hình dạng thích hợp khi gắn vào tai và trở lại nguyên dạng khi gở chúng ra. Tính đàn nhớt được tìm thấy trong nhiều loại vật liệu, như các loại po-li-me bán tinh thể vô định hình, vật liệu sinh học, tinh thể và thậm chí một số hợp kim.
Các kết nối ngẫu nhiên
Loại cao su mới được làm từ một hệ thống ngẫu nhiên kết nối giữa các ống nano cac-bon tường đơn, tường đôi hoặc tường ba và có cùng tính đàn nhớt với hầu hết các loại cao su si-li-con ở nhiệt độ phòng. Tuy nhiên, cao su si-li-con chỉ duy trì được tính đàn nhớt trong khoảng nhiệt độ từ -550C đến 3000C. Loại vật liệu mới duy trì độ dẻo trên miền nhiệt độ lớn hơn rất nhiều, có thể phục hồi hình dạng của nó sau những biến dạng và cho thấy sự biến đổi linh hoạt khi bị tác động.
Các kết nối ngẫu nhiên tạo nên khả năng đàn nhớt tuyệt vời của loại cao su mới. Ảnh: (Science)
Nhóm của Xu bắt đầu bằng việc cho kết tủa các chất xúc tác kim loại lên một loại si-li-con làm nền. Lớp xúc tác này đặt nền móng cho việc phát triển các ổng nano từ một nguồn cac-bon, chẳng hạn như ê-ti-len. Một giọt nước (100-200 pm) được thêm vào làm tăng độ dài cho các ống nano và tạo thành các ống dài.
Các ống nano cac-bon thường được làm dài theo kỉ thuật này, nhưng bằng cách xử lý vừa phải chất xúc tác, các nhà nghiên cứu đã thành công trong việc giảm mật độ của các ống nano và tạo thành một hệ thống vướng víu các ống này, giống như sự ràng buộc của những cây nho trong một khu vườn. "Điều quan trọng là, các ống nano cac-bon không đứng riêng lẻ, mà khi một ống nano dài ra từ bề mặt làm nền, nó tiếp xúc và nhận hổ trợ từ các ống khác. Kết quả là tạo nên một hệ thống các ống nano liên kết với nhau thông qua lực Van der Waal."
Đóng-mở theo kiểu khóa kéo
Theo nhóm nghiên cứu, hệ thống này đạt độ ổn định trong miền biến thiên nhiệt độ rộng nhờ vào năng lượng tiêu hao khi các ống nano bắt đầu hoặc ngưng tiếp xúc với các ống khác theo kiểu khóa kéo (zip). Các ống nano cac-bon cũng có khả năng chịu nhiệt rất tốt-từ 20000C đến 30000C-vì vậy một miền nhiệt độ rộng lớn có thể nằm trong tầm với của loại cao su này.
Với tính năng vượt trội, Xu nói rằng họ chưa chắc chắn là vật liệu mới được tạo thành này là hoàn toàn mới và độc nhất vô nhị, chưa từng thấy trước đây hay không. "Chúng tôi vẫn đang tìm cách áp dụng những ưu điểm nhờ vào sự ổn định đối với nhiệt độ của vật liệu này," Xu cho biết.
Yury Gogotsi ở Đại học Drexel cho rằng chất liệu gồm các ống nano gắn kết này "là một loại cao su đa tính có thể được dùng trong miền không gian lạnh lẽo giữa các thiên thể (trên tàu không gian-ND) hoặc bên trong các lò luyện kim chân không nhiệt độ cao". Với những phát triển trong tương lai, loại vật liệu này có thể tìm thấy ứng dụng không chỉ trên các tàu không gian mà càng phổ biến hơn ở Trái đất, như các sợi không nhăn hoặc đế giày đàn nhớt giảm hẳn các va chạm cơ học.
Hiện, nhóm nghiên cứu Nhật Bản, gồm những nhà nghiên cứu thuộc Ủy ban khoa học và công nghệ quốc gia đặt ở Kawaguchi, sẽ làm biến đổi các tính chất đàn nhớt của hệ thống các ống nano để tạo ra một vật liệu mềm hơn, mạnh hơn và đàn tính hơn. "Hướng tiếp cận này cũng giúp chúng ta đạt đến gần hơn nhu cầu ứng dụng của vật liệu này."
Công trình được đăng trên Science.
Tác giả: Belle Dumé
Theo physicsworld.com
