Buzz
Vật liệu này mang trong mình 'siêu năng lực' giống như những nhân vật siêu nhân trong các câu chuyện tranh nổi tiếng.
Các nhà khoa học tại Đại học Bang North Carolina (Mỹ) vừa phát minh thành công một loại vật liệu composite polymer cốt sợi (fiber-reinforced polymer - FRP) có khả năng tự phục hồi nhiều lần. Đột phá này mở ra khả năng tạo ra những cỗ máy có thể hoạt động lâu dài, giải quyết triệt để vấn đề hao mòn đối với các thiết bị làm việc trong môi trường khắc nghiệt, như tàu thăm dò không gian hoặc các trạm đổ bộ lên các hành tinh ngoài hệ Mặt Trời.
Theo nghiên cứu được công bố trên kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Mỹ (PNAS), vật liệu này giải quyết vấn đề bong tróc giữa các lớp bằng cách sử dụng một chất liệu có khả năng nung chảy nhờ điện năng.
Công nghệ này dựa trên hai sáng tạo quan trọng. Thứ nhất, một hợp chất phục hồi gốc nhiệt dẻo được in 3D thành lớp xen kẽ trên bề mặt sợi gia cường, làm tăng khả năng chống bong tróc từ 2 đến 4 lần.
Thứ hai, các lớp nền carbon được tích hợp vào bên trong vật liệu sẽ sinh nhiệt khi có dòng điện chạy qua. Nhiệt này làm tan chảy lớp nhựa nhiệt dẻo, giúp chúng thẩm thấu vào các khe nứt và kết nối lại các lớp bề mặt đã bị tách rời.
Trong khi các vật liệu FRP thông thường có tuổi thọ hạn chế (chỉ kéo dài vài thập kỷ), loại composite tự phục hồi này được đánh giá là 'gần như bất tử'. Các thử nghiệm tự động hóa với những vết nứt dài 5cm cho thấy vật liệu này đã vượt qua 1.000 chu kỳ phục hồi trong vòng 40 ngày, thể hiện hiệu suất vượt trội so với mọi kỳ vọng và kỷ lục trước đó của nhóm nghiên cứu.
Chất phục hồi gốc nhiệt dẻo, phủ lớp màu xanh lam, được in 3D trên lớp cốt sợi thủy tinh (hình trái). Ảnh chụp nhiệt hồng ngoại cho thấy quá trình tự phục hồi tại chỗ của vật liệu composite cốt sợi bị nứt gãy (hình phải).
Chất phục hồi, với màu xanh lam, được in 3D trên lớp cốt sợi carbon.
Nghiên cứu sinh Jack Turicek khẳng định rằng vật liệu này ban đầu có độ cứng vượt trội so với các loại composite thông thường và duy trì khả năng chống nứt xuất sắc trong ít nhất 500 chu kỳ. Nếu quá trình tự phục hồi được kích hoạt mỗi mùa, vật liệu có thể kéo dài tuổi thọ đến 125 năm; nếu phục hồi định kỳ mỗi năm, con số này có thể đạt tới 500 năm.
Phó giáo sư Jason Patrick, tác giả nghiên cứu, nhấn mạnh rằng công nghệ này sẽ làm giảm chi phí và công sức liên quan đến việc kiểm tra, sửa chữa hoặc vứt bỏ các bộ phận composite hư hỏng. Việc kéo dài tuổi thọ vật liệu cũng mang lại những lợi ích sinh thái to lớn, bao gồm giảm khai thác tài nguyên, tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu rác thải công nghiệp.
Công nghệ đột phá này đã được cấp bằng sáng chế và hiện đang được thương mại hóa thông qua công ty Structeryx Inc., do chính ông Patrick sáng lập. Với những ưu điểm vượt trội, siêu vật liệu này hứa hẹn mang lại lợi ích lớn cho ngành sản xuất ô tô, tua-bin điện gió, máy bay, và đặc biệt là cho các trạm không gian và tàu không gian - những phương tiện hoạt động ở khoảng cách quá xa để có thể tiếp cận bất kỳ xưởng sửa chữa nào.
