Một nhóm nghiên cứu tại trường đại học Bang Ohio (The Ohio State University – OSU), Hoa Kỳ, đã chế tạo thành công hứa hẹn sẽ tạo ra sự thay đổi lớn trong việc làm sạch môi trường trong tương lai. Nhờ một lớp đẩy dầu gần như vô hình được phủ trên bề mặt, tấm lọc này cho phép nước có thể chảy qua và giữ dầu ở lại.
Phát triển thành công lưới bằng thép không gỉ
Trong các thử nghiệm, các nhà nghiên cứu rót hỗn hợp nước và dầu lên trên tấm lọc. Nước đã chảy qua và rơi xuống một cốc thủy tinh ở bên dưới. Trong khi đó, dầu được lọc lại trên bề mặt và có thể dễ dàng rót chúng sang một chiếc cốc thủy tinh khác bằng cách nghiêng tấm lọc.
Hình ảnh một tấm lưới bằng thép không gỉ có lớp phủ đẩy dầu. Dầu (màu đỏ) bị giữ lại trên tấm lưới, trong khi đó nước có thể chảy xuyên qua.
Lớp phủ trên bề mặt của lưới lọc là một trong số các công nghệ nano được lấy cảm hứng từ tự nhiên đang được phát triển bởi OSU và đã được xuất bản trong hai bài báo được đăng trên tạp chí Scientific Reports. Sản phẩm này hứa hẹn sẽ có nhiều ứng dụng trong việc làm sạch dầu tràn cũng như theo dõi các mỏ dầu dưới lòng đất.
“Nếu phóng to tấm lưới lên, các bạn có thể xử lý một vụ tràn dầu chỉ bằng một tấm lưới” giáo sư Bharat Bhushan, thành viên chính trong nhóm nghiên cứu cho biết.
Lấy cảm hứng từ những chiếc lá sen với bề mặt sần sùi tự nhiên giúp chúng không dính nước nhưng lại dính dầu, các nhà khoa học đã nghĩ đến chuyện tạo ra một lớp phủ có thể thực hiện nhiệm vụ ngược lại. Để làm điều đó, nhóm nghiên cứu trước tiên phun một lớp bụi mịn của các hạt nano silica (SiO2) lên trên lưới thép không gỉ để tạo ra một bề mặt sần sùi ngẫu nhiên như của lá sen. Sau đó, một lớp polymer với các phân tử chất surfactant được phủ lên trên bề mặt đó. Nhờ đó, tấm lưới sau khi phủ có đặc tính đẩy dầu nhưng lại cho nước lọt qua.
Một trong những vấn đề quan trọng đối với một loại vật liệu mới là chi phí sản xuất. Tin vui là theo tiến sĩ Brown, một thành viên khác trong nhóm nghiên cứu, silica, surfactant, polime và thép không gỉ đều là những vật liệu không độc hại và tương đối rẻ, do vậy tính toán ra thì chỉ mất ít hơn 1 USD/1 square foot (1 sf=0.093m2, khoảng 10 USD cho 1 m2) cho một tấm lưới to mà thôi.
Về độ trong suốt, nhóm nghiên cứu cho biết bởi vì lớp phủ chỉ có chiều dày vài trăm nanomet, nên nó hầu như khó có thể phát hiện ra bằng giác quan thông thường. Nếu chạm tay vào, bạn sẽ không cảm nhận được sự khác biệt về độ sần sùi của tấm lưới được phủ so với tấm lưới thông thường. Tuy nhiên, do lớp phủ chỉ có độ trong suốt 70%, tấm lưới lọc sau khi được phủ thì sẽ có độ sáng kém hơn cho với lúc chưa phủ.
Một thông tin thú vị là để giải thích cho việc chọn silica trong số các vật liệu để hình thành nên tấm lưới, nhóm nghiên cứu tiết lộ rằng bởi vì silica là một thành phần trong thủy tinh, họ đã muốn thử xem công nghệ này có thể ứng dụng để tạo ra các lớp phủ thủy tinh chống bám vân tay hay không. Điều đáng tiếc là với độ trong suốt 70% như đã nói ở trên, lớp phủ chỉ có thể ứng dụng trong các lớp kính ô tô, hoặc gương, nhưng lại không thể dùng phủ lên màn hình của các smartphone được. Tuy nhiên, do nghiên cứu vẫn còn tiếp diễn, điều này có thể thay đổi trong tương lai.
Giáo sư Bhushan (ở giữa) và cộng sự đang chứng minh công nghệ mà họ phát triển
“Mục đích của chúng tôi là đạt đến độ trong suốt 90% hoặc hơn”, giáo sư Bhushan cho biết. “Trong tất cả các lớp phủ của chúng tôi, các tổ hợp khác nhau của các thành phần trong các lớp cho ra các tính chất khác nhau. Mấu chốt là ở chỗ chọn các lớp [phủ] phù hợp”.
Được biết công trình này đã được bắt đầu nghiên cứu từ hơn 10 năm trước khi Bhushan bắt đầu xây dựng và lấy bằng sáng chế về những lớp phủ có cấu trúc nano có thể bắt chước cấu trúc bề mặt của lá sen. Từ đó, ông và nhóm của mình đã tiến hành những nghiên cứu để khuếch đại các hiệu ứng và điều chỉnh nó cho phù hợp cho các tình huống khác nhau.
“Chúng tôi đã nghiên cứu rất nhiều bề mặt từ nhiên, từ những chiếc lá cho đến những cánh bướm hay da cá mập để tìm hiểu làm cách nào mà tự nhiên giải quyết các vấn đề nhất định… Bây giờ, chúng tôi muốn đi xa hơn những gì tự nhiên làm, để giải quyết các vấn đề mới”, giáo sư Bhushan phát biểu khi nói về nghiên cứu của mình.