Vật liệu từ scandium, nhôm, vonfram và oxy không thay đổi thể tích khi nhiệt độ dao động mạnh, có thể ứng dụng trong y học, hàng không vũ trụ.
Nhóm nghiên cứu tại Đại học New South Wales có thể đã tạo ra một trong những vật liệu bền nhiệt nhất thế giới, New Atlas hôm 12/6 đưa tin. Vật liệu có độ giãn nở nhiệt bằng không (ZTE) này làm từ scandium, nhôm, vonfram và oxy. Nó không thay đổi thể tích ở mức nhiệt từ -269 đến 1.126 độ C, một phạm vi rộng hơn bất cứ vật liệu nào từng được chứng minh đến nay. Nghiên cứu đăng trên tạp chí Chemistry of Materials.
Sc1.5Al0.5W3O12 có thể dùng để chế tạo các thiết bị cho ngành hàng không vũ trụ. (Ảnh: Raytheon).
Vật liệu mới mang tên Sc1.5Al0.5W3O12. Nó sẽ rất hữu ích khi chế tạo các thiết bị hoạt động trong môi trường có nhiệt độ dao động mạnh. Ví dụ, thiết bị dùng trong ngành hàng không vũ trụ có thể gặp nhiệt độ cực lạnh ngoài không gian và nhiệt độ cực nóng khi phóng lên hoặc hồi quyển. Ngoài ra, vật liệu này cũng có thể ứng dụng trong việc cấy ghép y học. Sự chênh lệch nhiệt độ ở đây không quá lớn nhưng chỉ cần vật liệu giãn nở nhiệt một chút cũng có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng.
Nhóm nghiên cứu khám phá ra vật liệu mới một cách tình cờ. “Chúng tôi đang tiến hành thí nghiệm với các vật liệu để phục vụ cho nghiên cứu về pin, mục tiêu của các thí nghiệm không liên quan đến nhau. Sau đó, chúng tôi tình cờ phát hiện ra tính chất đặc biệt của hợp chất này”, Neeraj Sharma, phó giáo sư tại Đại học New South Wales, cho biết.
Ở cấp độ phân tử, vật liệu thường giãn nở vì nhiệt độ tăng trực tiếp dẫn đến sự gia tăng về chiều dài của các liên kết nguyên tử giữa các nguyên tố. Đôi khi điều này còn khiến nguyên tử xoay vòng, tạo ra những cấu trúc rộng hơn và ảnh hưởng đến tổng thể tích.
Tuy nhiên, vật liệu mới dù ở nhiệt độ dao động lớn cũng chỉ gây ra sự thay đổi rất nhỏ ở các liên kết, vị trí nguyên tử oxy và sự xoay vòng của nguyên tử. Các chuyên gia chưa rõ cơ chế chính xác mang lại tính ổn định nhiệt cực tốt này. Họ cho rằng có thể độ dài liên kết, góc và vị trí nguyên tử oxy thay đổi đồng điệu với nhau để bảo tồn tổng thể tích.
“Câu hỏi tiếp theo là cái nào hoạt động ở nhiệt độ nào. Scandium hiếm và đắt hơn, nhưng chúng tôi đang tiến hành thí nghiệm với các nguyên tố khác có thể thay thế mà độ ổn định vẫn giữ nguyên”, Sharma nói. Các thành phần khác phổ biến hơn và liên kết với nhau chỉ nhờ quá trình tổng hợp tương đối đơn giản. Do đó, nhóm nghiên cứu tin rằng vật liệu này sẽ không gặp trở ngại khi sản xuất quy mô lớn.