Vật liệu lấy cảm hứng từ chim xanh có thể làm tăng thời lượng pin

Chim xanh phương Đông không chỉ đẹp mắt. Lông của nó còn có cấu trúc độc đáo có thể làm cách mạng hóa các ứng dụng bền vững như pin và lọc nước.

Cụ thể, màu xanh tuyệt vời của cánh chim không phải là kết quả của sự tạo màu. Thay vào đó, nó là do một mạng lưới các kênh có đường kính vài trăm nanomet, chạy qua lông của chúng.

Cấu trúc mạng lưới này đã truyền cảm hứng cho các nhà nghiên cứu tại ETH Zurich sao chép vật liệu này trong phòng thí nghiệm. Họ hiện đã phát triển một vật liệu tổng hợp có cùng cấu trúc với lông chim xanh - có khả năng mang lại các ứng dụng thực tế, như tăng thời lượng pin.

Các nhà nghiên cứu thử nghiệm với một loại cao su silicone trong suốt có thể được kéo dãn và biến dạng. Họ đặt nó trong một dung dịch dầu, để nó sưng trong vài ngày trong một lò được đốt ở 60 °C. Sau đó, họ làm lạnh và trích xuất nó.

Nhóm nghiên cứu quan sát rằng cấu trúc nano của cao su đã thay đổi trong quá trình thực hiện và họ nhận ra cấu trúc mạng tương tự như trong lông của chim xanh. Sự khác biệt cần thiết duy nhất là độ dày của các kênh được hình thành: vật liệu tổng hợp là 800 nanomet so với 200 nanomet của lông.

Thành tựu này là kết quả của phương pháp mới dựa trên sự phân tách pha của ma trận polymer và dung dịch dầu. Phân tách pha là một hiện tượng vật lý phổ biến mà chúng ta đã chứng kiến trong cuộc sống hàng ngày. Ví dụ, hãy nghĩ đến một sốt salad được làm từ dầu và giấm - các chất này tách biệt trừ khi được lắc mạnh và lại tách biệt khi sự lắc dừng lại.

Nhưng cũng có thể trộn các chất với sự đun nóng và lại tách chúng với sự làm lạnh - và đó chính xác là điều mà các nhà khoa học đã làm trong phòng thí nghiệm.

“Chúng tôi có thể kiểm soát và chọn điều kiện sao cho các kênh được hình thành trong quá trình phân tách pha. Chúng tôi đã thành công trong việc ngăn chặn quy trình trước khi hai pha hợp nhau hoàn toàn lần nữa”, Carla Fernández Rico, tác giả chính của nghiên cứu nói.

Một lợi ích đáng chú ý của phương pháp này là vật liệu vẫn có thể mở rộng. “Về nguyên tắc, bạn có thể sử dụng một miếng nhựa dẻo bất kỳ kích thước nào. Tuy nhiên, sau đó bạn cũng cần các container và lò tương ứng lớn,” Rico thêm.

Công nghệ có thể hữu ích trong pin bằng cách thay thế điện giải lỏng, giúp truyền tải ion lithium giữa các điện cực, nhưng thường phản ứng với ion và, qua cách này, giảm dung lượng và sức khỏe pin. Điện giải rắn với cấu trúc mạng như cấu trúc được phát triển bởi các nhà nghiên cứu sẽ không chỉ loại bỏ vấn đề này, mà còn giúp truyền tải ion tốt và tăng thời lượng pin.

Bộ lọc nước là lĩnh vực ứng dụng tiềm năng khác nhờ vào tính chất truyền tải của mạng và diện tích bề mặt lớn, có thể loại bỏ các chất ô nhiễm, bao gồm vi khuẩn và các hạt nước có hại khác.

Rico hướng tới việc phát triển nghiên cứu của mình với tầm nhìn về tính bền vững và lưu ý rằng công việc của đội ngũ vẫn còn rất nhiều để làm.

“Sản phẩm vẫn còn rất xa để sẵn sàng cho thị trường,” cô nói. “Mặc dù vật liệu dẻo rẻ và dễ dàng có được, pha dầu khá đắt đỏ. Một cặp vật liệu rẻ hơn sẽ được yêu cầu ở đây.” Có lẽ công cụ học sâu của DeepMind có thể hữu ích.

Toàn bộ nghiên cứu được xuất bản trên tạp chí Nature Materials.