Phát triển loại vật liệu siêu nhẹ có độ bền cao

Vật liệu "cấu trúc nano" mới dựa trên carbon hứa hẹn có thể trở thành lựa chọn thay thế tốt hơn thép, nhôm và sợi tổng hợp Kevlar.

Các kỹ sư từ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), Viện Công nghệ California (Caltech) của Mỹ và Viện Kỹ thuật Liên bang Thụy Sĩ (ETH Zürich) đã chế tạo một vật liệu siêu nhẹ mới - từ các cấu trúc carbon kích cỡ nanomet giống như "thanh chống" - cho độ bền cơ học và khả năng đàn hồi cao hơn.

Phát triển loại vật liệu siêu nhẹ có độ bền cao
Cấu hình mạng tinh thể của vật liệu nano mới. (Ảnh: MIT).

Nhóm nghiên cứu đã kiểm tra khả năng đàn hồi của vật liệu bằng cách bắn nó bằng các vi hạt silic oxit (có đường kính chỉ 14 micromet) ở tốc độ siêu thanh và nhận thấy rằng chỉ với độ dày mỏng hơn sợi tóc người, vật liệu đã có thể ngăn chặn đường đạn xuyên qua nó.

Loading...

Tính toán cho thấy so với thép, nhôm, Kevlar và các vật liệu chống va đập khác có khối lượng tương đương, vật liệu mới cho khả năng hấp thụ tác động lực hiệu quả hơn nhiều. Nếu được sản xuất trên quy mô lớn, nó hoàn toàn có thể trở thành một sự lựa chọn thay thế với mức giá phải chăng.

"Kiến thức từ công trình nghiên cứu này có thể cung cấp các nguyên tắc thiết kế cho vật liệu chống va đập siêu nhẹ để sản xuất áo giáp, lớp phủ bảo vệ và lá chắn chống nổ trong lĩnh vực quốc phòng và vũ trụ", Giáo sư khoa học vật liệu, cơ học và kỹ thuật y tế Julia R. Geer tại Caltech, đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết.

Cấu trúc nano, tùy thuộc vào cách chúng được sắp xếp, có thể mang lại cho vật liệu những đặc tính độc đáo như độ nhẹ và khả năng phục hồi đặc biệt. Nhóm nghiên cứu bắt đầu tìm hiểu về loại vật liệu này trong các điều kiện biến dạng nhanh như tác động của tốc độ cao.

Phát triển loại vật liệu siêu nhẹ có độ bền cao
Viên đạn silic oxit siêu nhỏ không thể xuyên qua tấm màng mỏng hơn sợi tóc từ vật liệu mới. (Ảnh: MIT).

Tại Caltech, họ lần đầu tiên chế tạo một vật liệu cấu trúc nano bằng cách sử dụng công nghệ in thạch bản hai photon - một kỹ thuật sử dụng tia laser nhanh với công suất cao để làm rắn chắc các cấu trúc nano trong một loại nhựa cảm quang. Sau đó, nhóm đã xây dựng thành công một cấu hình mạng tinh thể lặp lại, được gọi là tứ diện, bao gồm các thanh chống cực nhỏ.

"Trong khi carbon có đặc tính giòn, sự sắp xếp và kích thước nhỏ của các thanh chống trong vật liệu cấu trúc nano mới tạo ra một kiến trúc chịu uốn cong tốt giống như cao su", Phó giáo sư kỹ thuật cơ khí Carlos Portela tại MIT, tác giả chính của nghiên cứu, nhấn mạnh.

Sau khi tạo hình cấu trúc mạng tinh thể, các nhà nghiên cứu rửa sạch nhựa còn sót lại và đặt nó vào lò chân không nhiệt độ cao để chuyển polymer thành carbon, cuối cùng tạo thành vật liệu carbon siêu bền, nhẹ.

Trong tương lai, Portela có kế hoạch khám phá thêm các cấu hình cấu trúc nano khác nhau, cũng như các vật liệu ngoài carbon và tìm cách mở rộng quy mô sản xuất của chúng. Chi tiết nghiên cứu đã được xuất bản trên tạp chí Nature Materials hôm 24/6.

Từ khóa liên quan:
Loading...
TIN CŨ HƠN
Phát triển thành công phương pháp biến đổi carbon nhờ tia sáng điện

Phát triển thành công phương pháp biến đổi carbon nhờ tia sáng điện

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Rice (Mỹ) đã phát triển phương pháp mới giúp biến carbon từ nhiều nguồn khác nhau thành những dạng hữu ích như graphene hoặc kim cương.

Đăng ngày: 26/06/2021
Drone năng lượng Mặt trời có thể bay cao hơn 21.000m

Drone năng lượng Mặt trời có thể bay cao hơn 21.000m

Mẫu drone có sải cánh 35 m có thể ở trong khí quyển hơn một năm, hứa hẹn thay thế drone trên quỹ đạo thấp của Trái Đất.

Đăng ngày: 26/06/2021
Airbus thiết kế

Airbus thiết kế "lều cách ly Covid-19" ngay trên máy bay

Để đảm bảo biện pháp phòng dịch Covid-19 tối ưu đối với di chuyển trên không, hãng Airbus đã thiết lập một “lều cách ly” ngay trên khoang máy bay.

Đăng ngày: 25/06/2021
Công nghệ biến mắt kính thông thường thành kính nhìn xuyên đêm tối

Công nghệ biến mắt kính thông thường thành kính nhìn xuyên đêm tối

Thành công vượt bậc có thể ứng dụng trong lĩnh vực quân sự thay thế kính bảo hộ vốn cồng kềnh, tốn điện hoặc có thể trang bị cho cảnh sát trong thực thi nhiệm vụ.

Đăng ngày: 23/06/2021
Airespeeder: Xe đua bay đầu tiên trên thế giới

Airespeeder: Xe đua bay đầu tiên trên thế giới

Xe đua bay đầu tiên trên thế giới mang tên Airespeeder có thể tăng tốc từ 0 lên 100 km/h trong vòng 2,8 giây đã được đưa vào sản xuất trước mùa hè này.

Đăng ngày: 22/06/2021
Giấc mơ siêu vật liệu của các nhà khoa học sẽ sớm thành hiện thực

Giấc mơ siêu vật liệu của các nhà khoa học sẽ sớm thành hiện thực

Giấc mơ tạo ra một loại vật liệu truyền dẫn năng lượng mà không gây hao hụt chưa bao giờ ngơi nghỉ đối với các nhà khoa học.

Đăng ngày: 22/06/2021
Ra mắt máy tính lượng tử thương mại đầu tiên ở châu Âu

Ra mắt máy tính lượng tử thương mại đầu tiên ở châu Âu

Máy tính lượng tử thương mại đầu tiên tại châu Âu đã được ra mắt tại Stuttgart, bang Baden-Württemberg của Đức.

Đăng ngày: 21/06/2021
Tiêu điểm
Khoa Học News