Loại vật liệu chống xóc mới chịu được nhiệt độ cao

Các nhà khoa học Nhật Bản vừa phát triển một vật liệu chống xóc mới, gây chú ý nhờ khả năng chịu nhiệt cực cao và phục hồi hình dạng sau khi bị kéo giãn hoặc biến dạng. Phát minh này được kỳ vọng mở ra hướng ứng dụng trong động cơ tàu vũ trụ, tên lửa, bình nhiên liệu hàng không vũ trụ và động cơ xe hơi. Điểm đặc biệt nằm ở việc vật liệu không chỉ hấp thụ rung chấn, mà còn duy trì những tính năng quan trọng trong một khoảng nhiệt độ rộng bất thường. Nhóm nghiên cứu do nhà khoa học vật chất Xu Ming, thuộc Viện Khoa học Công nghệ Công nghiệp Tiến bộ Quốc gia Nhật Bản, thực hiện quá trình phát triển vật liệu mới. Theo bà Xu, vật liệu được tạo hoàn toàn từ carbon, có thể chảy xuống rồi kéo giãn chậm rãi, tạo cảm giác tương tự mật ong đặc khi chịu tác động. Sau khi lực kéo được giải phóng, vật liệu từ từ co lại và trở về hình dạng ban đầu thay vì biến dạng vĩnh viễn. Về hình thức, vật liệu này trông giống một miếng bọt biển kim loại có cấu trúc xốp, dù thành phần thực tế không phải kim loại thông thường. Bên trong nó là hàng nghìn tỷ ống nano carbon đan móc vào nhau, tạo nên mạng lưới nhẹ, linh hoạt nhưng vẫn có khả năng chống chịu đáng kể. Chính cấu trúc dày đặc ấy giúp vật liệu hấp thụ tác động, thay đổi hình dạng có kiểm soát và phục hồi sau khi bị kéo căng. Các ống nano carbon được phát triển trong một hỗn hợp gồm silicon, sắt và nước, trước khi hình thành mạng lưới carbon đặc biệt bên trong vật liệu. Mỗi ống nano có đường kính khoảng 5 nanomét, trong đó một nanomét chỉ bằng một phần tỷ mét, nhỏ hơn rất nhiều so với sợi vật liệu thông thường. Kích thước cực nhỏ này góp phần tạo nên số lượng liên kết khổng lồ, giúp toàn bộ cấu trúc hoạt động như một khối thống nhất. Khả năng chịu nhiệt của vật liệu được ghi nhận trong khoảng từ âm 196 đến 1.000 độ C, một phạm vi rất rộng so với nhiều vật liệu chống xóc quen thuộc. Trong môi trường không có oxy, vật liệu vẫn có thể khôi phục hình dạng và giữ nguyên những tính năng ban đầu sau khi trải qua các mức nhiệt khác nhau. Điều kiện không có oxy rất quan trọng, bởi thông tin nghiên cứu không khẳng định vật liệu duy trì đầy đủ đặc tính tương tự trong môi trường giàu oxy. Bà Xu đánh giá vật liệu này hoàn toàn mới và độc nhất, do chưa có vật liệu nào khác được cho là sở hữu cùng lúc những thuộc tính ổn định như vậy. Khả năng chịu lạnh sâu, chịu nóng mạnh và phục hồi hình dạng khiến vật liệu trở nên đáng chú ý đối với các hệ thống thường xuyên chịu rung động. Những hệ thống ấy có thể hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, nơi cao su hoặc vật liệu chống xóc thông thường nhanh chóng mất tính năng. Một hướng ứng dụng được nhắc đến là sử dụng vật liệu trong không gian, đặc biệt tại các bình nhiên liệu của tàu vũ trụ và tên lửa. Vật liệu cũng có thể được nghiên cứu cho động cơ xe hơi, nơi các rung chấn cần được giảm bớt nhằm bảo vệ linh kiện và cải thiện độ ổn định vận hành. Tuy nhiên, bài nghiên cứu mới chỉ nêu tiềm năng ứng dụng, chưa cho biết sản phẩm thương mại cụ thể hoặc thời điểm đưa vật liệu vào sử dụng thực tế. So với cao su, vật liệu carbon mới còn có ưu thế về khả năng kết nối điện tử, trong khi cao su thông thường không dẫn điện. Tính chất này mở rộng khả năng sử dụng vật liệu trong những ứng dụng cần đồng thời chống xóc, chịu nhiệt và duy trì kết nối điện. Phát minh của các nhà khoa học Nhật Bản được đăng ngày 3 tháng 12 trên tạp chí Khoa học, đánh dấu một bước nghiên cứu đáng chú ý về vật liệu chịu điều kiện khắc nghiệt.