Buzz
Nghệ sĩ hài Dmitri Martin một lần gọi loại kim tuyến là herpes của thế giới nghệ thuật thủ công vì khả năng lây nhiễm giống như virus và luôn tồn tại mãi mãi. Đây cũng chính là rác của thế giới xung quanh ta. Những mảnh nhỏ lấp lánh giống như những hạt nhựa micro khác bị nát từ túi và chai, những mảnh nhỏ, bóng bóng này bị cuốn trôi xuống cống và bị gió thổi đi khắp nơi. Microplastics lạc vào không khí và vào giọt mưa. Chúng bị rải rác trên vùng hoang dã Bắc Cực và chôn sâu trong sediment ở đáy đại dương. Nghiên cứu chỉ ra rằng trẻ sơ sinh nuốt chúng với tỷ lệ đáng kể, và chúng ta cũng tiêu thụ một lượng lớn.
Bây giờ, nhà nghiên cứu nghĩ họ có thể có một giải pháp, ít nhất là đối với phần kim tuyến của vấn đề: một phiên bản có thể phân hủy sinh học, có thể được sản xuất bằng ít năng lượng hơn và thậm chí còn mọc trên cây. Đó là cellulose: những hạt nhỏ của cùng chất liệu tạo nên thành tế bào của cây cỏ. Khi cellulose được lắp ráp thành tinh thể, nó phản ánh ánh sáng, vì vậy những mảnh cellulose giống nhau không chỉ cung cấp cấu trúc cho cây cỏ mà còn làm cho cánh bướm có màu sặc sỡ và làm cho đuôi màu sắc của công còn trở nên rực rỡ. Phiên bản từ thực vật có thể dễ dàng được chiết xuất từ các vật liệu khác nhau nếu không có chúng, như bột gỗ, vỏ xoài và cặn cà phê.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Cambridge đang tìm cách sản xuất những tinh thể nano này ở quy mô lớn hơn bao giờ, mặc dù quá trình vẫn diễn ra rất chậm. “Chúng tôi có thể tạo chúng ở kích thước khác nhau và, tùy thuộc vào kích thước, chúng tôi nghĩ rằng các hạt chúng tôi tạo ra có thể thay thế các sản phẩm khác nhau,” nói Benjamin Drouget, một sinh viên nghiên cứu tiến sĩ chuyên ngành hóa học và tác giả chính của bài báo mô tả quy trình của đội ngũ của mình, được công bố vào tháng 11 trong Nature Materials. Các mảnh lớn có thể được sử dụng thay thế cho kim tuyến nghệ thuật thông thường, trong khi các hạt nhỏ có thể được pha trộn vào mỹ phẩm.
Mặc dù những mảnh nhỏ lấp lánh nhựa này rất nhỏ, ngành công nghiệp mỹ phẩm Châu Âu sử dụng đến 5.500 tấn microplastics mỗi năm. Và các loại kim tuyến thay thế khác cũng đã chứng minh là gây vấn đề. Một khoáng sản phổ biến, titanium, là chất gây ung thư sẽ bị cấm ở Châu Âu vào năm sau. Mica, một lựa chọn khác, thường được khai thác bằng lao động trẻ em và có thể độc hại cho môi trường nước.
Một số loại màu sắc được tạo ra bằng cách sử dụng các pigments. Nghiền mịn một tảo như lapis lazuli và pha trộn nó với nước hoặc lòng đỏ trứng và bạn có thể có màu xanh hoặc sơn tempera. Để thay đổi màu sắc, bạn phải thay đổi vật liệu, theo giáo sư hóa học Silvia Vignolini, người đứng đầu nhóm nghiên cứu của Droguet tại Đại học Cambridge. Nhưng còn một cách khác để tạo màu: màu cấu trúc. Điều này có nghĩa là màu sắc là sản phẩm của hình dạng vi mô của vật liệu, chứ không phải là đặc điểm của vật liệu chính nó. Vignolini đưa ra ví dụ của một bong bóng xà phòng. “Bạn bắt đầu với một thứ là nước, nó trong suốt,” cô nói. “Nhưng ngay khi bạn có cấu trúc, bạn sẽ có màu sắc.”
Để tạo màu sắc bằng nanocrystals cellulose, chúng cần xếp chồng lên nhau, tạo thành vòng xoắn 360 độ, giống như bậc thang trong cầu thang xoắn. Tùy thuộc vào sự chênh lệch độ cao giữa các bậc thang và góc của cầu thang, các tinh thể sẽ phản xạ các bước sóng ánh sáng khác nhau, tạo ra các màu sắc khác nhau. Ví dụ, một lông vũ công cụt được trang trí bằng các cấu trúc nhỏ như tóc, chứa các tinh thể phóng xạ có cấu trúc khác nhau phản ánh màu xanh, xanh dương, vàng và nâu.
Tuy nhiên, mặc dù thông tin này không mới, việc sử dụng nó trong phòng thí nghiệm đã khó khăn. Việc hiểu cách để những tinh thể vi mô này có thể tự tin lắp ráp thành các màu sắc sống động là rắc rối. Việc sản xuất chúng ở số lượng lớn cũng không dễ dàng. Một đĩa petri chứa kim tuyến chưa đạt đến mức đặt hàng tối thiểu là 10 pound được yêu cầu bởi các nhà sản xuất lớn.
Đây là vấn đề mà đội ngũ của Droguet đã nỗ lực giải quyết bằng cách sử dụng cellulose được chiết xuất từ bột gỗ có sẵn trên thị trường. Đầu tiên, họ phải tìm ra cách để các tinh thể tự lắp ráp theo cách đúng. Chúng sẽ tự động tạo thành một cấu trúc, nhưng cấu trúc đó phụ thuộc vào thành phần ion của nước chúng ở trong. Để thay đổi thành phần đó, “bạn chỉ cần thêm muối thôi, thật sự,” Vignolini nói. Muối thay đổi cách các phân tử được hút đến nhau, và quyết định hình dạng chúng tạo ra và sau đó màu sắc của kim tuyến họ tạo ra. Việc chỉ cần thêm năm miligam sẽ thay đổi màu sắc của một kilogram cellulose toàn bộ, làm cho các tinh thể phản xạ bước sóng ngắn hơn, như màu xanh và xanh dương. Với ít muối hơn, chúng phản xạ bước sóng dài hơn, như màu đỏ.
Đội ngũ cũng đã tìm ra cách để kiểm soát quá trình sản xuất cẩn thận để họ có thể tạo ra các tờ kim tuyến dài đến mét bằng một máy cuộn, một thiết bị công nghiệp phổ biến. Máy cuộn những sợi cơ bản của polymer, hoặc “lưới,” trong khi một bộ phân phun ra lượng nanocrystal đồng đều. Hỗn hợp phải mỏng đủ để dễ dàng gửi lên cuộn, nhưng độ nhớt cũng đủ để tạo ra màu sắc sâu, đều.
Tại điểm này, hỗn hợp là trong suốt, vì vậy đội ngũ không thể biết liệu họ đã sản xuất một lô tốt cho đến khi họ chạy tờ lưới qua máy sấy bằng khí nóng. Sau khi nước bay hơi, chỉ còn lại một lớp mỏng của nanocrystals. Màu sắc đột nhiên xuất hiện và sâu sắc hơn. “Ở phút cuối, nó rất nhanh,” Droguet nói, người đã tạo ra kim tuyến màu xanh, xanh dương, đỏ và vàng. Bức film sau đó có thể được bóc ra khỏi lưới và nghiền thành kim tuyến nghệ thuật hoặc trộn vào sơn. Quy trình này tiêu tốn ít năng lượng hơn so với việc sản xuất kim tuyến nhựa, và sản phẩm cuối cùng giữ nguyên ánh sáng lấp lánh khi nó bị trộn trong nước xà phòng, ethanol và dầu, có nghĩa là nó có thể được sử dụng trong trang điểm và thậm chí trong thực phẩm. “Tôi nghĩ bây giờ chúng tôi đã chứng minh rằng các nguyên tắc này hoạt động ở quy mô lớn,” Droguet nói.
Tuy nhiên, họ chưa thử sản xuất số lượng lớn. Hiện tại, sử dụng thiết bị tại Cambridge, Droguet mất khoảng hai tháng để tạo ra một kilogram kim tuyến. Để tăng cường sản xuất, anh cần có nguồn tài trợ và quyền truy cập vào các địa điểm thương mại có máy cuộn lớn hơn. Đến nay, đã khó khăn để làm cho các công ty tham gia; Vignolini nói các nhà sản xuất đã hào hứng nhưng do lo ngại vì vật liệu này khác biệt quá nhiều so với những gì họ đang sử dụng. “Nó là cái mới hoàn toàn,” cô nói, và các công ty muốn đảm bảo rằng nó hoạt động.
Vignolini và Droguet cũng muốn thực hiện các thử nghiệm để hiểu cách vật liệu này phân hủy qua chu kỳ đời và làm thế nào sự phân hủy đó có thể ảnh hưởng đến môi trường. Họ đã hợp tác với Dannielle Green, một nhà sinh thái học tại Đại học Anglia Ruskin ở Vương Quốc Anh, người đã nghiên cứu các loại kim tuyến khác dựa trên cellulose để xem chúng làm thế nào ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo.
Một trong những vấn đề chung với kim tuyến, Green nói, là nó là một vật liệu được thiết kế để rải rác ở số lượng lớn trong các sự kiện như lễ hội và du lịch. “Khi bạn ném những đợt vật liệu xung quanh, thì điều đó sẽ ảnh hưởng lớn đến môi trường ở cấp địa phương,” cô nói. Những ảnh hưởng này có thể bao gồm việc cản trở sự phát triển của cây cỏ, xâm nhập vào cơ thể động vật và lọt vào chuỗi thức ăn. Nếu cellulose nanocrystals phân hủy nhanh hơn so với nhựa và mà không cần điều kiện phân hủy lý tưởng, chúng có thể ngăn chặn một nguồn nhựa vào chuỗi thức ăn.
Nhưng thậm chí việc thêm chất hữu cơ như cellulose cũng có thể ảnh hưởng đến hệ sinh thái, Green nói. Khi các tinh thể phân giải, chúng có thể thêm biomass vào môi trường, dẫn đến tăng hóa chất như nitơ không hữu cơ. Nếu có ở lượng lớn, những chất này có thể giảm lượng oxy có sẵn cho cây cỏ và tảo. “Tôi tưởng chúng ta sẽ cần một lượng lớn để điều này xảy ra, vì vậy khả năng xảy ra với một lượng nhỏ kim tuyến dựa trên cellulose là không thể,” cô nói.
Cho đến nay, đội ngũ chưa phát hiện ra bất kỳ vấn đề nào với kim tuyến nguyên mẫu của họ, nhưng họ sẽ cần tiếp tục thử nghiệm lâu hơn trước khi họ hiểu được cách nó già đi và liệu nó có tạo ra tác động kéo dài hay không. “Chúng tôi hy vọng rằng vật liệu của chúng tôi là một giải pháp, nhưng đồng thời, tôi nghĩ quan trọng là mọi người hiểu rằng chúng tôi cũng đang nghĩ về những vấn đề khác mà vật liệu của chúng tôi có thể gây ra và đưa chúng vào xét,” Vignolini nói.
Với quy mô rộng lớn của việc ô nhiễm microplastics, Green lo lắng rằng các giải pháp tập trung vào nguồn ô nhiễm nhỏ như kim tuyến có thể làm lạc hậu so với những nguồn đóng góp lớn hơn nhiều, như lốp xe và chất liệu tổng hợp. Nhưng cô cũng nói rằng việc thay đổi nơi bạn có thể thay đổi cũng có ý nghĩa. “Nếu bạn có thể dễ dàng ngăn chặn một hình thức rác thải đi vào môi trường,” cô hỏi, “thì tại sao không làm điều đó?”
Những bài viết tuyệt vời khác từ Mytour
- 📩 Những thông tin mới nhất về công nghệ, khoa học và nhiều hơn nữa: Nhận bản tin của chúng tôi!
- Liệu có thể kết nối trực tiếp vào não của bạn thông qua thế giới số?
- “AR là nơi thế giới ảo thực sự sẽ xảy ra”
- Cách TikTok một cách tinh tế kết nối bạn với bạn bè trong đời thực
- Đồng hồ tự động giá rẻ nhưng cảm giác sang trọng
- Tại sao người ta không thể di chuyển bằng cách nhảy tới nơi khác?
- 👁️ Khám phá trí tuệ nhân tạo như chưa bao giờ có với cơ sở dữ liệu mới của chúng tôi
- 🏃🏽♀️ Muốn có những công cụ tốt nhất để trở nên khỏe mạnh? Xem xét lựa chọn của đội ngũ Gear chúng tôi cho những chiếc vòng đeo thể dục tốt nhất, thiết bị chạy bộ (bao gồm giày và tất), và tai nghe tốt nhất
