Vật liệu mới giúp xe tự chữa lành vết xước

Một loại nhựa mới đang đưa ý tưởng xe tự chữa lành từ khoa học viễn tưởng đến gần đời sống hơn, nhờ khả năng đổi màu khi bị tổn thương rồi tự hàn gắn vết hỏng. Vật liệu này chuyển sang màu đỏ khi xuất hiện vết xước hoặc chịu va đập, tạo ra tín hiệu trực quan giống cách làn da người phản ứng trước thương tổn. Nếu được phát triển thành công, công nghệ có thể giúp những chiếc ô tô bị xước trong bãi đỗ xe khôi phục bề mặt, đồng thời mở rộng sang nhiều lĩnh vực quan trọng khác. Các nhà khoa học đang hướng tới những loại nhựa tự phục hồi có thể giúp máy bay sửa chữa phần hư hỏng, xe hơi giữ vẻ ngoài mới, cùng nhiều thiết bị giảm nhu cầu bảo dưỡng. Nhóm nghiên cứu của nhà khoa học polymer Marek Urban, thuộc Đại học Nam Mississippi ở Hattiesburg, Mỹ, vừa công bố những kết quả mới tại cuộc họp Hiệp hội Hóa học Mỹ. Cuộc họp diễn ra tại San Diego ngày 27-3, nơi ông Urban trình bày vật liệu vừa thay đổi màu sắc sau va đập, vừa bắt đầu quá trình tự chữa lành dưới tác động thích hợp. Theo Marek Urban, những chiếc xe hư hỏng không còn hoàn toàn thuộc về tương lai, bởi vật liệu mới có thể mở ra hàng triệu ứng dụng trong thực tế. Ông nhắc đến giao thông vận tải, không gian, năng lượng, mỹ phẩm, sức khỏe, thuốc và nhiều lĩnh vực khác, nơi vật liệu có tín hiệu hư hại rồi tự phục hồi sẽ đặc biệt hữu ích. Lịch sử vật liệu tự phục hồi từng ghi nhận một bước đột phá quan trọng vào năm 2001, khi các nhà nghiên cứu Đại học Illinois tại Urbana-Champaign tìm ra phương pháp mới. Họ nhúng những siêu vi bao vào polymer, loại vật liệu gồm các chuỗi dài những đơn vị phân tử lặp lại, được nối với nhau bằng các liên kết hóa học. Khi polymer bị hư hại, những siêu vi bao này vỡ ra, giải phóng tác nhân dạng lỏng có khả năng sửa chữa phần vật liệu vừa bị tổn thương. Cơ chế đó cho thấy vật liệu có thể tự xử lý vết nứt, nhưng theo Christopher Weder, nhà khoa học polymer tại Đại học Fribourg ở Thụy Sĩ, nó vẫn chưa thật sự tự chữa bệnh. Vấn đề nằm ở việc vật liệu cần một kích thích để quá trình hàn gắn bắt đầu, thay vì tự phục hồi hoàn toàn ngay sau khi vết hỏng xuất hiện. Đến năm 2009, nhóm của Urban phát triển một loại polymer có thể tự chữa lành khi tiếp xúc với tia cực tím, đánh dấu bước tiến mới trong hướng nghiên cứu này. Năm ngoái, Weder cùng các đồng nghiệp cũng sử dụng tia cực tím như chất kích thích, giúp khởi động quá trình tự hàn gắn trong một hệ vật liệu khác. Nguyên lý của công trình đó dựa trên khám phá năm 2001, nhưng các nhà nghiên cứu dùng những phân tử ngắn hơn và bổ sung thêm các ion kim loại. Khi nhận ánh sáng, đạt nhiệt độ cụ thể hoặc nằm trong điều kiện pH nhất định, những phân tử trong vật liệu tiến lại gần nhau, hỗ trợ quá trình nối liền phần hỏng. Điểm nổi bật ở vật liệu mới của nhóm Urban là khả năng báo hiệu tổn thương bằng màu đỏ, trước khi bắt đầu tự hàn gắn dưới tác động từ môi trường. Sự thay đổi màu sắc giúp người sử dụng dễ nhận biết vị trí vật liệu bị va đập hoặc trầy xước, thay vì phải kiểm tra toàn bộ bề mặt bằng các phương pháp chuyên dụng. Christopher Weder nhận định đây là ví dụ đầu tiên về vật liệu vừa có khả năng tự hàn gắn, vừa có thể đổi màu khi chịu hư hại. Ông cho biết trước đó chưa ai tạo ra được sự kết hợp như vậy, biến tín hiệu màu sắc thành một phần quan trọng trong cơ chế bảo vệ và phục hồi vật liệu. Ý tưởng này mô phỏng khả năng tự chữa lành vốn xuất hiện rộng rãi trong tự nhiên, từ làn da, DNA cho đến vỏ cây và nhiều hệ thống sinh học khác. Trong những hệ thống ấy, tổn thương thường kích hoạt tín hiệu hoặc phản ứng giúp cơ thể nhận biết vấn đề, sau đó sửa chữa cấu trúc bị ảnh hưởng. Nhựa mới cố gắng bắt chước cơ chế tự nhiên bằng cách hiện màu đỏ khi bị hỏng, rồi thay đổi trạng thái và hàn gắn khi gặp ánh sáng, nhiệt độ hoặc độ pH phù hợp. Dù còn cần tiếp tục nghiên cứu trước khi xuất hiện rộng rãi trên ô tô, công nghệ này cho thấy vật liệu tương lai có thể vừa phát hiện tổn thương, vừa tự sửa chữa giống một phần cơ thể sống.