Nhóm nghiên cứu ở MIT tạo ra vật liệu nhẹ hơn nhựa và cứng hơn thép

Nhóm nghiên cứu ở MIT tạo ra một vật liệu siêu nhẹ bền hơn kính chống đạn 4 - 6 lần, có thể dùng để bảo vệ màn hình điện thoại thông minh.

Vật liệu do các chuyên gia ở Viện Công nghệ Massachussets phát triển đạt phản ứng trùng hợp theo hai chiều, điều vốn được cho là bất khả thi trong suốt thời gian dài. Phản ứng trùng hợp là quá trình trong đó những nguyên tử nhỏ gọi là monomer kết hợp với nhau, hình thành chuỗi dài như sợi mỳ spaghetti mang tên polymer. Các sợi polymer có thể tạo thành vật thể ba chiều như bình nước thông qua phương pháp đúc phun.


Nhóm nghiên cứu kéo căng lớp màng polymer qua bề mặt nhiều lỗ. (Ảnh: Nature).

Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu tạo thành công một vật liệu tự lắp ráp thành tấm hai chiều. Những tấm có tên polyaramide này xếp chồng lên nhau và được gắn kết nhờ liên kết hydro cực chắc, khiến vật liệu trở nên siêu bền. Ngoài dùng làm kính cường lực cho điện thoại, loại polymer trên còn có thể dùng làm lớp bảo vệ cho các bộ phận xe hoặc vật liệu xây dựng quy mô lớn.

"Chúng ta thường không nghĩ tới việc dùng nhựa để làm khung đỡ cho một công trình, nhưng với vật liệu mới, bạn có thể làm được nhiều điều", giáo sư Michael Strano, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết. "Nó có nhiều đặc điểm khác thường và chúng tôi rất hào hứng về điều đó".

Polymer hình thành từ tấm hai chiều có thể dùng để sản xuất vật liệu siêu nhẹ. Tuy nhiên, nghiên cứu trong nhiều thập kỷ kết luận điều này là bất khả thi một phần do chỉ cần một monomer nằm chệch với mặt phẳng phát triển của cả tấm, toàn bộ vật thể sẽ biến dạng. Để khắc phục vấn đề này, nhóm nghiên cứu sử dụng hợp chất melamine, cấu tạo từ các vòng carbon và nitrogen, thường dùng để sản xuất bát đĩa nhựa.

Strano và cộng sự nhận thấy ở điều kiện phù hợp, monomer trong melamine có thể phát triển những đĩa hai chiều tí hon xếp chồng lên nhau, mỗi lớp được liên kết với nhau bởi vòng hydro, khiến nó cực kỳ bền chắc và ổn định.

Vật liệu có môđun đàn hồi lớn gấp 4 - 6 lần so với kính chống đạn. Trong khi đó, lực cần thiết để phá vỡ polymer (độ bền kéo) lớn gấp đôi so với thép dù mật độ chỉ bằng 1/6 mật độ của thép. Do khả năng tự lắp ráp, vật liệu có thể được sản xuất dễ dàng theo số lượng lớn chỉ qua tăng lượng nguyên liệu ban đầu.

Vật liệu mới được đặt tên là 2DPA-1, có thể dùng làm lớp phủ. Không giống những loại polymer khác chứa những chuỗi monomer xoắn tạo ra khe hở để khí lọt qua, monomer của 2DPA-1 liên kết chặt chẽ với nhau như gạch LEGO, nhờ đó vật liệu có khả năng chống thấm hoàn hảo, giúp bảo vệ kim loại ở xe hơi và các phương tiện khác hoặc cấu trúc bằng thép.

Nhóm nghiên cứu đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho quá trình chế tạo vật liệu mới. Hiện nay, họ đang tìm hiểu chính xác cách polymer tạo thành các tấm hai chiều để xem xét khả năng sản xuất những loại vật liệu mới hữu ích khác. Họ công bố nghiên cứu hôm 2/2 trên tạp chí Nature.

TIN CŨ HƠN
Cô nàng siêu robot Sophia từng tuyên bố “huỷ diệt loài người” 4 năm trước bây giờ ra sao?

Cô nàng siêu robot Sophia từng tuyên bố “huỷ diệt loài người” 4 năm trước bây giờ ra sao?

Khi được người sáng tạo ra mình hỏi về việc có muốn huỷ diệt loài người hay không, cô nàng siêu robot Sophia đã thẳng thắn đáp trả: "Được rồi, tôi sẽ huỷ diệt loài người".

Đăng ngày: 28/09/2025
Cánh diều khổng lồ lớn 500 mét vuông, kéo được cả tàu chở hàng dài 154 mét

Cánh diều khổng lồ lớn 500 mét vuông, kéo được cả tàu chở hàng dài 154 mét

Công ty Airseas của Pháp đã phát triển một chiếc diều có tên Seawing, họ tin nó có thể kéo được cả một con tàu chở hàng lớn di chuyển trên biển.

Đăng ngày: 21/09/2025
Cánh

Cánh "cổng liên lạc" trong phim viễn tưởng xuất hiện tại châu Âu

Một “cánh cổng thần kỳ” hệt trong phim sci-fi là ý tưởng của Lithuania và Ba Lan, nhằm kết nối con người của hai thành phố cách nhau 600km này.

Đăng ngày: 09/09/2025
Kenguru – chiếc xe sinh ra cho người khuyết tật, chỉ có một cửa duy nhất nhưng cực tiện cho người đi xe lăn

Kenguru – chiếc xe sinh ra cho người khuyết tật, chỉ có một cửa duy nhất nhưng cực tiện cho người đi xe lăn

Hãng Community Cars ở bang Texas (Mỹ) đã sáng chế ra một loại ô tô điện mang tên Kenguru, dành cho người khuyết tật phải ngồi xe lăn.

Đăng ngày: 05/09/2025

"Áo điều hòa" hòa giúp người lao động Nhật Bản hạ nhiệt trong mùa hè oi bức

Một loại áo trông có vẻ không thời trang lắm, căng phồng khi mặc vào vì có hai chiếc quạt bên trong, nhưng lại đang rất hút khách tại Nhật vì giúp người dân nơi này giải nhiệt mùa hè.

Đăng ngày: 27/08/2025
Tham vọng chế tạo Iron Man của quân đội Mỹ

Tham vọng chế tạo Iron Man của quân đội Mỹ

Bộ Tư lệnh Lực lượng Đặc biệt của Mỹ (SOCOM) hiện đang theo đuổi một chương trình mang tính cách mạng nhằm hỗ trợ năng lực siêu nhân cho binh sĩ trong nhiệm vụ tác chiến.

Đăng ngày: 24/08/2025
Công nghệ tàng hình là gì? Nó hoạt động thế nào?

Công nghệ tàng hình là gì? Nó hoạt động thế nào?

Bạn đã từng nghe đến máy bay tàng hình, tàu ngầm tàng hình nhưng bạn có biết nghĩa của tàng hình ở đây thực sự là gì?

Đăng ngày: 26/07/2025
Khoa Học News