Cuộc cách mạng về vật liệu

Trong khoa học hiện đại, vật liệu được coi là một trong 3 trụ cột lớn. Thế kỷ 21, vật liệu mới với tính năng cao và đa năng trở thành trọng tâm nghiên cứu khoa học, là thước đo tiến bộ khoa học kỹ thuật và sức mạnh tổng hợp của một quốc gia.

Những điểm nóng trong vật liệu hiện nay là: vật liệu nano (để chế tạo những vật cực nhỏ), vật liệu siêu dẫn (cho phép dòng điện cường độ cực lớn chạy qua vì gần như không có điện trở), vật liệu sinh học, vật liệu điện tử, vật liệu quang điện.

Vật liệu mới mang tính chiến lược được các nước coi trọng hiện nay chủ yếu gồm 3 loại: vật liệu chức năng cao, gốm sứ kỹ thuật cao và vật liệu tổng hợp. Trong 8 tháng đầu năm nay, giá trị thương phẩm của 3 nhóm vật liệu này trên thế giới vượt 220 tỉ đô-la Mỹ, tỷ lệ tăng trưởng bình quân trước 2008 là 10-15 % mỗi năm. Các ngành công nghiệp như: năng lượng, môi trường, điện tử, xe hơi, hàng không vũ trụ, động cơ, cơ khí, đồ điện, kiến trúc, hải dương, công nghiệp nhẹ... đều là những lĩnh vực đòi hỏi nhiều vật liệu thay thế, cho nên phát triển vật liệu thay thế trở thành điểm nóng của nhiều nước.

Vật liệu siêu dẫn nâng cao rất nhiều hiệu suất tận dụng năng lượng, tác động lớn tới hướng đầu tư xây dựng cơ sở hạ tầng, ví dụ xe điện tốc độ cao (400-500 km/giờ) chạy trên đệm từ, sẽ mang lại bộ mặt hoàn toàn mới mẻ cho ngành vận tải biển, đường sắt, cơ sở hạ tầng. Từ giữa thập niên 80 thế kỷ trước đến nay, vật liệu sinh học đã phát triển hơn 100 loại trong đó 1/3 đã bắt đầu thương mại hóa. Ví dụ loại keo sinh học có độ dính cao do một công ty thuộc bang Maryland của Mỹ chế tạo mà nguyên liệu lấy từ một loại vi khuẩn trong hải dương, cho lên men sản xuất thành keo. Loại keo này có thể dùng dán tàu thuyền, tàu vũ trụ, thiết bị chống ăn mòn và trong y học lâm sàng...

Trong thập niên 1980, các nhà khoa học Mỹ và Anh đã phát hiện trong bụi than ống khói có mặt “than 60”, loại than được cấu tạo gồm 60 phân tử thuộc kết cấu thứ ba với thành phần toàn than 100% nhưng khác với than chì và kim cương. Than 60 là loại vật liệu hết sức kỳ lạ, có thể trở thành nguyên tố cơ bản để phát triển hàng vạn loại vật liệu mới. Chẳng hạn khi thêm vào các nguyên tố Bari, Stronti, Ytterbium và Uranium vào kết cấu phân tử của than 60, sẽ sản sinh một loại vật liệu chưa từng có với các tính năng như siêu dẫn, siêu cứng, chống mòn, chống bức xạ, bán dẫn, chống nhiệt độ cao...

Kể từ thập niên 90 thế kỷ 20, các nước đã thu được thành tựu đột phá trong lĩnh vực vật liệu nano, đưa việc phát triển vật liệu mới qua một giai đoạn mới. Dự kiến từ 5-10 năm tới sẽ xuất hiện vật liệu cao năng dùng cho kỹ thuật nano, có độ cứng hơn thép 11 lần nhưng cực nhẹ, chỉ bằng 1/10 trọng lượng của tờ giấy.

Việc phổ cập kỹ thuật thông tin viễn thông đang nhanh chóng đổi mới vật liệu điện tử. Các nhà khoa học đã chế tạo được vật liệu nhựa giá thành thấp có thể thay silicon trong sản xuất mạch tích hợp. Các nhà khoa học Mỹ và châu Âu đang nghiên cứu chế tạo chíp vi xử lý bằng vật liệu nhựa giá thành thấp hơn nhiều nhưng có tốc độ và chức năng xử lý tương đương chíp bằng silicon. Mới đây tập đoàn Philips (Hà Lan) đã sử dụng vật liệu nhựa làm chất bán dẫn trong sản xuất màn hình vi tính thay cho silicon. Phương pháp này không đòi hỏi nhiều công đoạn, cũng không yêu cầu nghiêm khắc về môi trường sạch nên việc sản xuất đơn giản hơn loại mạch tích hợp bằng silicon, khiến cho công nghệ này rất thích hợp cho việc sản xuất màn hình rộng lớn. Giá thành là ưu thế rất lớn của chíp mạch bằng vật liệu nhựa. Hiện nay chi phí đầu tư cho một nhà máy sản xuất chíp mạch bán dẫn bằng silicon lên tới 3 tỉ đô-la Mỹ nên giá thành một bộ vi mạch lên tới mấy đô-la trong khi nếu sử dụng vật liệu nhựa thì giá thành chỉ còn mấy xu. Theo dự kiến, tổng sản phẩm của chíp mạch vật liệu nhựa từ đây tới 2008 bình quân mỗi năm là 15 tỉ đô- la Mỹ.

Các chuyên gia về vật liệu bán dẫn hữu cơ cho rằng sản phẩm điện tử bằng vật liệu nhựa tất yếu sẽ trở thành một thị trường đầy hứa hẹn cho tương lai.