Gần đây, một nhóm nghiên cứu khoa học của Mỹ và Thụy Sĩ đã chế tạo ra vật liệu cấu trúc nano. Các nhà khoa học luôn nỗ lực tìm kiếm những công nghệ mới mẻ để phục vụ đời sống con người tân tiến hơn. Và loại vật liệu này cũng không nằm ngoài mục đích đó. Các nhà khoa học chế tạo ra vật liệu có độ bền, nhẹ và khả năng đàn hồi cao hơn rất nhiều so với những loại vật liệu chúng ta đang sử dụng. Vậy là vật liệu cấu trúc nano có thể mang lại hiệu quả rất cao trong việc chống va đập. Và đồng thời nó còn là vật liệu thay thế tiềm năng làm lá chắn chống nổ ở trong quân sự.
Khả năng đàn hồi của vật liệu cấu trúc nano
Vật liệu “cấu trúc nano” mới dựa trên carbon đang là vật liệu đầy hứa hẹn. Bởi chúng 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. Loại vật liệu này từ các cấu trúc carbon kích cỡ nanomet giống như “thanh chống”. Nhưng loại này cho độ bền cơ học và khả năng đàn hồi cao hơn.
Nhóm nghiên cứu đã kiểm tra khả năng đàn hồi của vật liệu mà họ đang nghiên cứu. Họ kiểm tra bằng cách bắn nó bằng các vi hạt silic oxit. Những hạt này có đường kính chỉ 14 micromet mà thôi. Tuy nhiên, cuộc thử nghiệm được bắn tốc độ siêu thanh. Từ đó các nhà khoa học nhận thấy rằng chỉ độ dày của chúng chỉ mỏng hơn sợi tóc người. Và vật liệu đã có thể hoàn toàn ngăn chặn đường đạn xuyên qua nó.
Ưu điểm nổi trội của vật liệu cấu trúc nano so với các vật liệu khác
Tính toán cho thấy so với thép, nhôm, Kevlar và các vật liệu chống va đập khác có khối lượng tương đương. Tuy nhiên so với chúng, 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 tốt. Mà mức giá của sản phẩm cũng vô cùng phải chăng. “Kiến thức từ công trình nghiên cứu này có thể cung cấp các nguyên tắc thiết kế. Đăc biệt cho vật liệu chống va đập siêu nhẹ để sản xuất áo giáp.
Ngoài ra còn của 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 cho biết. (Ông là đồng tác giả của nghiên cứu về loại vật liệu này). Cấu trúc nano có đặc tính khác nhau tùy thuộc vào cách chúng được sắp xếp. Nó 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. Ví dụ như trong điều kiện của tác động của tốc độ cao.
Nhóm nghiên cứu xây dựng thành công cấu hình mạng tinh thể lặp lại
Tại Caltech, họ lần đầu tiên chế tạo một vật liệu cấu trúc nano. Đó là cách sử dụng công nghệ in thạch bản hai photon Đây là một kỹ thuật sử dụng tia laser nhanh với công suất cao. Mục đích là 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. Nó 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.