Các nhà khoa học Trung Quốc vừa cho ra lò một phát minh xịn sò: gốm sứ mà uốn được, nén được, thậm chí còn "tanked" cả nghiền nát mà không vỡ nha!
Hội nghiên cứu từ Viện Vật lý Hóa học Lan Châu (Trung Quốc) vừa thông báo họ đã tạo ra loại vật liệu gốm thế hệ mới cực bá đạo: có thể uốn cong, nén mạnh, làm lạnh, đốt nóng và thậm chí nghiền nát mà vẫn sống khỏe. Nghe như phim viễn tưởng nhưng đây là sự thật luôn đó! Thành tựu này được kỳ vọng sẽ mở ra nhiều hướng ứng dụng xịn xò trong các ngành công nghiệp khắc nghiệt, đặc biệt là hàng không vũ trụ và phương tiện siêu thanh.
Vấn đề nan giải của gốm truyền thống
Từ xưa tới giờ, gốm sứ vốn là "ông tổ" của vật liệu chịu nhiệt, không dễ chảy, không dễ cháy, không dễ biến dạng nên được dùng trong động cơ, tàu vũ trụ và mấy thiết bị hoạt động trong điều kiện "địa ngục". Nhưng mà... có một vấn đề lớn: gốm truyền thống giòn như bánh đa! Chỉ cần uốn cong hoặc va đập mạnh thôi là nứt vỡ tè le ngay.
Chưa hết, khi phải "cày" lâu dài ở nhiệt độ cao, cấu trúc bên trong gốm còn thô ráp hơn, làm giảm hiệu suất và tuổi thọ. Những hạn chế này từ lâu đã là "bài toán hóc búa" cho các kỹ sư vật liệu, nhất là khi nhu cầu về vật liệu vừa bền, vừa nhẹ, vừa linh hoạt ngày càng cao.
Aerogel: Hy vọng dang dở
Một trong những giải pháp từng được kỳ vọng là aerogel – loại vật liệu siêu nhẹ, cách nhiệt đỉnh cao nhờ cấu trúc chứa phần lớn là không khí. Nhưng plot twist là aerogel truyền thống lại còn giòn hơn cả gốm thông thường, nên cũng khá... "flop". Trong kịch bản lý tưởng, các kỹ sư mong muốn tạo ra vật liệu mềm dẻo như bọt biển, nhưng vẫn chịu được nhiệt như gạch lò nung. Nghe có vẻ "impossible mission" nhỉ?
Breakthrough của team Lan Châu
Xu hướng "gốm dẻo" vì vậy đang hot rần rần trong giới nghiên cứu. Nhóm khoa học tại Lan Châu đã "all in" vào hướng này bằng cách phát triển một loại aerogel gốm hoàn toàn mới. Sau vô số lần thử nghiệm và chỉnh sửa, họ tạo ra vật liệu có thể bị nén tới 98% thể tích mà không bị phá hủy, đồng thời có khả năng đàn hồi "bounce back" gần như nguyên trạng, tương tự cao su luôn!
Đỉnh hơn nữa, vật liệu này "survive" được trong dải nhiệt độ siêu rộng, từ mức cực lạnh của nitơ lỏng (khoảng –196 °C) đến nhiệt độ cực cao lên tới 1.500 °C. Khả năng cách nhiệt của nó cũng được đánh giá "OP" so với nhiều loại gốm chịu nhiệt cao hiện nay.
Bí quyết nằm ở đâu?
Theo các nhà nghiên cứu, "cheat code" nằm ở cấu trúc "entropy cao" mà họ áp dụng. Thay vì dùng một loại oxit kim loại chính như gốm truyền thống, vật liệu mới được tạo thành từ năm nguyên tố kim loại khác nhau, phân bố ngẫu nhiên trên cùng một mạng tinh thể – nghe "chaotic" nhưng lại hiệu quả đấy!
Bên cạnh đó, cấu trúc vi mô của aerogel gốm mới có dạng một mạng lưới sợi nano, với các sợi đường kính khoảng 250 nanomet đan xen thành khung đỡ 3D giống lò xo. Giữa các sợi là những khoảng trống lớn, cho phép vật liệu dễ dàng bị nén khi chịu lực, đồng thời phân tán ứng suất trên toàn bộ cấu trúc, giảm nguy cơ hư hỏng cục bộ. Basically là "teamwork makes the dream work"!
Tương lai rộng mở
Với những đặc tính "khủng" này, nhóm nghiên cứu cho rằng vật liệu mới có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Các lĩnh vực được nhắc đến gồm lớp vỏ phương tiện siêu thanh, vật liệu cách nhiệt cho tua bin, tấm chắn nhiệt, gioăng và vòng đệm của tàu vũ trụ. Ngoài ra, aerogel gốm dẻo cũng phù hợp cho các bộ phận hàng không vũ trụ phải chịu rung động mạnh và nhiệt độ cao trong thời gian dài.
Nguồn: genk.vn
Hội nghiên cứu từ Viện Vật lý Hóa học Lan Châu (Trung Quốc) vừa thông báo họ đã tạo ra loại vật liệu gốm thế hệ mới cực bá đạo: có thể uốn cong, nén mạnh, làm lạnh, đốt nóng và thậm chí nghiền nát mà vẫn sống khỏe. Nghe như phim viễn tưởng nhưng đây là sự thật luôn đó! Thành tựu này được kỳ vọng sẽ mở ra nhiều hướng ứng dụng xịn xò trong các ngành công nghiệp khắc nghiệt, đặc biệt là hàng không vũ trụ và phương tiện siêu thanh.
Vấn đề nan giải của gốm truyền thống
Từ xưa tới giờ, gốm sứ vốn là "ông tổ" của vật liệu chịu nhiệt, không dễ chảy, không dễ cháy, không dễ biến dạng nên được dùng trong động cơ, tàu vũ trụ và mấy thiết bị hoạt động trong điều kiện "địa ngục". Nhưng mà... có một vấn đề lớn: gốm truyền thống giòn như bánh đa! Chỉ cần uốn cong hoặc va đập mạnh thôi là nứt vỡ tè le ngay.
Chưa hết, khi phải "cày" lâu dài ở nhiệt độ cao, cấu trúc bên trong gốm còn thô ráp hơn, làm giảm hiệu suất và tuổi thọ. Những hạn chế này từ lâu đã là "bài toán hóc búa" cho các kỹ sư vật liệu, nhất là khi nhu cầu về vật liệu vừa bền, vừa nhẹ, vừa linh hoạt ngày càng cao.
Aerogel: Hy vọng dang dở
Một trong những giải pháp từng được kỳ vọng là aerogel – loại vật liệu siêu nhẹ, cách nhiệt đỉnh cao nhờ cấu trúc chứa phần lớn là không khí. Nhưng plot twist là aerogel truyền thống lại còn giòn hơn cả gốm thông thường, nên cũng khá... "flop". Trong kịch bản lý tưởng, các kỹ sư mong muốn tạo ra vật liệu mềm dẻo như bọt biển, nhưng vẫn chịu được nhiệt như gạch lò nung. Nghe có vẻ "impossible mission" nhỉ?
Breakthrough của team Lan Châu
Xu hướng "gốm dẻo" vì vậy đang hot rần rần trong giới nghiên cứu. Nhóm khoa học tại Lan Châu đã "all in" vào hướng này bằng cách phát triển một loại aerogel gốm hoàn toàn mới. Sau vô số lần thử nghiệm và chỉnh sửa, họ tạo ra vật liệu có thể bị nén tới 98% thể tích mà không bị phá hủy, đồng thời có khả năng đàn hồi "bounce back" gần như nguyên trạng, tương tự cao su luôn!
Đỉnh hơn nữa, vật liệu này "survive" được trong dải nhiệt độ siêu rộng, từ mức cực lạnh của nitơ lỏng (khoảng –196 °C) đến nhiệt độ cực cao lên tới 1.500 °C. Khả năng cách nhiệt của nó cũng được đánh giá "OP" so với nhiều loại gốm chịu nhiệt cao hiện nay.
Bí quyết nằm ở đâu?
Theo các nhà nghiên cứu, "cheat code" nằm ở cấu trúc "entropy cao" mà họ áp dụng. Thay vì dùng một loại oxit kim loại chính như gốm truyền thống, vật liệu mới được tạo thành từ năm nguyên tố kim loại khác nhau, phân bố ngẫu nhiên trên cùng một mạng tinh thể – nghe "chaotic" nhưng lại hiệu quả đấy!
Bên cạnh đó, cấu trúc vi mô của aerogel gốm mới có dạng một mạng lưới sợi nano, với các sợi đường kính khoảng 250 nanomet đan xen thành khung đỡ 3D giống lò xo. Giữa các sợi là những khoảng trống lớn, cho phép vật liệu dễ dàng bị nén khi chịu lực, đồng thời phân tán ứng suất trên toàn bộ cấu trúc, giảm nguy cơ hư hỏng cục bộ. Basically là "teamwork makes the dream work"!
Tương lai rộng mở
Với những đặc tính "khủng" này, nhóm nghiên cứu cho rằng vật liệu mới có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Các lĩnh vực được nhắc đến gồm lớp vỏ phương tiện siêu thanh, vật liệu cách nhiệt cho tua bin, tấm chắn nhiệt, gioăng và vòng đệm của tàu vũ trụ. Ngoài ra, aerogel gốm dẻo cũng phù hợp cho các bộ phận hàng không vũ trụ phải chịu rung động mạnh và nhiệt độ cao trong thời gian dài.
Nguồn: genk.vn