Trong khoa học vật liệu, bạn không bao giờ nên đánh giá thấp sức mạnh của một vật thể, dù nó có vẻ rất nhỏ bé.
Mới đây, một nhóm các kỹ sư đến từ Đại học Rochester, Hoa Kỳ đã chế tạo thành công một loại polyme biến hình, đáp ứng nhanh với nhiệt độ cơ thể. Đáng chú ý, vật liệu mới này cực kì khỏe. Một đoạn dây làm bằng polyme này có thể treo một khối lượng gấp 1000 lần nó.
Kết quả nghiên cứu được đăng trên tạp chí khoa học Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics.
Time-lapse quá trình biến hình của polyme trong 10 giây, dưới tác động của thân nhiệt.
Thoạt nhìn vào vật liệu này, bạn có thể thấy nó có thể được kéo dãn rất mạnh. Điều này tác dụng vào nó một ngoại lực. Chúng khiến các phân tử bên trong vật liệu kết tinh lại thành các chuỗi. Những chuỗi này nhanh chóng xếp hàng theo cùng hướng, ngay khi tinh thể hình thành bên trong vật liệu.
Cuối cùng, polymer hoàn thành việc biến hình và ổn định hình dáng của nó. Quá trình này được các nhà nghiên cứu gọi là “sự kết tinh do lực căng”.
Trong khi các vật liệu polyme biến hình không phải là mới, loại vật liệu mà các nhà nghiên cứu tại Đại học Rochester phát triển có một tính chất đặc biệt. Nó có thể đáp ứng nhanh chóng với nhiệt đột cơ thể.
Ngay khi tiếp xúc với một nhiệt độ khoảng 35oC, các tinh thể bắt đầu “tan chảy”. Các chuỗi sụp đổ khiến polymer trở lại hình dáng ban đầu. Bạn có thể thấy trong video, sợi polymer nhanh chóng co lại khi ngón tay chạm và tác động nhiệt vào nó.
Giáo sư Mitchell Anthamatten, Đại học Rochester giới thiệu về vật liệu mới.
Để có được tính chất một không hai này, các nhà khoa học đã phải can thiệp vào tận cấu trúc phân tử của vật liệu. Họ thêm vào đó các liên kết phân tử, giống như các thanh chống siêu nhỏ không thể kết tinh.
Thành phần này chỉ khiến quá trình kết tinh bị ức chế mà không ngăn chặn hẳn nó. Một lượng vừa đủ các liên kết được thêm vào để biến nhiệt độ cơ thể thành một điểm nút cho sự kết tinh.
Khi một vật liệu có thể biến hình qua lại giữa hai trạng thái, đáp ứng với nhiệt độ cơ thể con người, nó là một ứng viên cho nhiều ứng dụng y tế. Ví dụ, vật liệu polyme mới này có thể được sử dụng làm chỉ phẫu thuật, kim lọc máu, các neo chỉnh hình và đặc biệt là da nhân tạo.
Nói thêm về các ứng dụng, giáo sư kỹ thuật hóa học Mitchell Anthamatten đến từ Đại học Rochester cho biết: “Sử dụng nhiệt để kích hoạt việc biến hình chỉ là một phần câu chuyện. Chúng tôi còn thiết kế vật liệu này để thực hiện những công việc cơ khí, dựa trên tính chất phục hồi hình dạng của nó”.
Polymer biến hình còn có những tiềm năng ứng dụng trong cơ khí.
Cấu trúc bên trong vật liệu này được thiết kế để có thể lưu trữ một lực đàn hồi. Nó tương tự như cách một lò xo làm khi bị nén hoặc kéo dãn. Tuy nhiên, một lò xo sẽ xả lực lưu trữ một cách rất nhanh chóng, trong khi vật liệu polyme mới có thể kiểm soát quá trình một cách từ từ.
Trong các thử nghiệm, các nhà nghiên cứu chỉ ra kết quả: một gam vật liệu này có thể nâng nổi 1 lít nước. Theo tỉ lệ này, họ chỉ cần 1 kilogam polyme biến hình, nó có thể nâng tới 4 con sư tử Châu Phi trưởng thành.
Ngay bây giờ, bạn có thể hình dung về tương lai của những chiếc chân tay giả mang một sức mạnh như vậy. Nhiều hướng ứng dụng khác cũng sẽ được mở ra từ tính chất có một không hai của loại polyme này. Rõ ràng, các kỹ sư của Đại học Rochester đã cho chúng ta thấy trong khoa học vật liệu, bạn không bao giờ nên đánh giá thấp sức mạnh của một vật thể, dù nó có vẻ rất nhỏ bé.