Buzz
Được biết đến như là 'vật liệu kỳ diệu của thế kỷ 21', các nhà nghiên cứu đã chế tạo ra một loại siêu vật liệu mới đầy tiềm năng...
Việc tìm kiếm những vật liệu vừa có hiệu suất cao, vừa thân thiện với môi trường, đã dẫn dắt các nhà khoa học đến những giải pháp lấy cảm hứng từ tự nhiên.
Một trong những đột phá gần đây là phát minh về bọt graphene sinh học – siêu vật liệu thế hệ mới với những tính năng vượt trội như độ bền cao, linh hoạt và đặc biệt là tính bền vững với môi trường, theo thông tin từ Grapheneinfo ngày 22/3.
Tạp chí Giáo dục Hóa học Thế giới năm 2018 đã vinh danh graphene là 'vật liệu kỳ diệu' của thế kỷ 21 nhờ vào đặc tính mạnh mẽ gấp 200 lần thép và cứng hơn kim cương ở cấp độ nguyên tử. Mới đây, các nhà khoa học châu Âu lại phát minh ra một dạng graphene mới sử dụng nguyên liệu tái chế kết hợp công nghệ nano tiên tiến.
Xốp graphene sinh học đại diện cho một thế hệ vật liệu mới. Hình ảnh minh họa: Jens/Picture Alliance
Bọt graphene gốc sinh học được kỳ vọng sẽ tạo ra một cuộc cách mạng trong các ngành công nghiệp hàng hải, ô tô và hàng không vũ trụ nhờ vào các đặc tính siêu nhẹ, siêu bền, khả năng hấp thụ va đập tốt, giảm rung và giảm tiếng ồn. Quan trọng hơn, nó có tính bền vững môi trường, sử dụng nguyên liệu tái tạo như dầu thực vật thay vì hóa thạch.
Chỉ riêng đặc tính siêu nhẹ của phát minh này đã giúp giảm trọng lượng của các phương tiện như tàu biển, xe ô tô, máy bay, tàu bay, qua đó tiết kiệm nhiên liệu, nâng cao hiệu suất vận hành và giảm phát thải CO2.
Graphene là một mạng lưới carbon hình lục giác có độ dày chỉ bằng một nguyên tử. Nguồn ảnh: Max Pixel
Đội ngũ các nhà khoa học châu Âu thuộc Dự án EU Bio.3DGREEN là "tác giả" của công trình này, với sự tham gia của 14 đối tác đến từ 9 quốc gia: Đức, Tây Ban Nha, Anh, Hy Lạp, Síp, Bỉ, Ý, Đan Mạch và Thụy Sĩ.
Khởi động vào cuối tháng 5/2025, mục tiêu của Bio.3DGREEN là thay thế các vật liệu giảm chấn và nhẹ truyền thống bằng các giải pháp thân thiện với môi trường. Sau 11 tháng, EU Bio.3DGREEN đã giới thiệu thế giới về siêu vật liệu mới này.
Graphene lần đầu tiên đã trở thành một ngành công nghiệp trị giá tỷ đô vào năm 2024. Báo cáo mới nhất của Mordorintelligence cho thấy, thị trường graphene toàn cầu được định giá 2,09 tỷ USD vào năm 2025 và dự đoán sẽ tăng từ 2,91 tỷ USD năm 2026 lên 15,20 tỷ USD vào năm 2031, với tỷ lệ tăng trưởng hàng năm (CAGR) đạt 39,18% trong giai đoạn từ 2026 đến 2031.
Bọt graphene gốc sinh học – Nơi diễn ra cuộc đột phá?
Điểm đột phá lớn nhất chính là việc chuyển từ việc sử dụng nguyên liệu hóa học gốc hóa thạch sang nguyên liệu sinh học. Nhờ đó, quá trình sản xuất ít gây tác động xấu đến môi trường và hướng đến việc sản xuất bền vững.
Loại bọt này có mật độ cực kỳ thấp nhưng lại sở hữu khả năng chịu lực cơ học rất ấn tượng. Nó có khả năng hấp thụ va đập và năng lượng cơ học một cách xuất sắc, cực kỳ phù hợp với các ứng dụng yêu cầu tiêu tán năng lượng lớn.
Đồ họa được tạo ra bằng AI.
Khác biệt hoàn toàn với bọt xốp thông thường dễ bị mòn theo thời gian, bọt graphene giữ vững cấu trúc của mình ngay cả khi phải chịu nhiều chu kỳ tác động lực lặp lại.
Sự kết hợp hoàn hảo giữa độ mềm dẻo và độ bền giúp bọt graphene trở thành ứng cử viên sáng giá để thay thế các vật liệu truyền thống trong những môi trường khắc nghiệt.
Đây là lần đầu tiên bọt graphene được tạo ra nhờ kết hợp kỹ thuật mô phỏng sinh học với công nghệ sản xuất bồi đắp (Additive Manufacturing - AM) sử dụng laser. Do đó, nhóm nghiên cứu đã phải đối mặt với nhiều thách thức như hỗn hợp bột chứa hạt kim loại phủ và dầu thực vật cần một hệ thống cấp liệu đặc biệt, đồng thời tìm ra bước sóng laser tối ưu để xử lý chính xác vật liệu.
Thông qua dự án Bio.3DGREEN, các đối tác mong muốn chứng minh rằng công nghệ in 3D bọt graphene có thể trở thành giải pháp hiệu suất cao, bền vững để sản xuất các cấu trúc giảm chấn, cách âm và siêu nhẹ.
Khi nghiên cứu tiến triển, bọt graphene gốc sinh học hứa hẹn sẽ thu hút sự quan tâm lớn từ các ngành công nghiệp đòi hỏi không chỉ hiệu suất vượt trội mà còn có trách nhiệm với môi trường.
Với sự tiến bộ không ngừng, vật liệu này hoàn toàn có thể đóng góp vào việc tạo ra một tương lai sản xuất bền vững và hiệu quả hơn, đặc biệt trong ngành hàng không vũ trụ, nơi trọng lượng nhẹ và khả năng chịu lực đóng vai trò quyết định.
