Nguyên liệu sinh học bền và dẻo dai hơn cả thép

Nhẹ, thân thiện với môi trường và siêu bền: các nhà nghiên cứu đã phát triển một loại sợi từ nguyên liệu sinh học, ngay cả những tính năng nổi trội của thép giờ cũng bị lu mờ trước nguyên liệu này.

Ảnh chụp bằng kính hiển vi điện tử quét cho thấy cấu trúc của sợi nguyên liệu sinh học này.

Một loại nguyên liệu sinh học nhẹ, có khả năng phân huỷ sinh học nhưng vô cùng bền và dẻo dai. Có thể là tơ nhện? Vì cho đến nay tơ nhện vẫn được tôn vinh là ”đũa thần của khoa học vật liệu” khi nói đến nguyên liệu có tính đàn hồi cao trong tự nhiên. Tuy nhiên, vật liệu mà giờ đây các nhà nghiên cứu đã phát triển được lại là một nguyên liệu sinh học còn có độ bền hơn cả tơ nhện.

Tại Trung tâm nghiên cứu ở Hamburg Desy, Daniel Söderberg và các nhà khoa học thuộc Trường Cao đẳng kỹ thuật Hoàng gia Stockholm (KTH) đã điều chế được một loại sợi từ sợi cellulose nano, chất liệu cơ bản tạo thành gỗ cho các loại cây cối. Theo mô tả của các nhà khoa học trong tạp chí Fachblatt ACS Nano thì nguyên liệu này mạnh hơn cả thép  – và còn hơn cả tơ nhện. “Loại sợi nguyên liệu sinh học mà chúng tôi điều chế được có độ cứng gấp tám lần và chịu lực kéo gấp vài lần so với sợi lấy từ tơ nhện trong tự nhiên”, Söderberg nói.

Các nhà nghiên cứu đã tạo được nguyên liệu thần kỳ này bằng cách đưa sợi cellulose nano cực mỏng qua một cái khe rộng chừng 1 mm trong một khối thép. Từ hai bên, nước khử ion hoá cũng như nước có độ pH thấp tràn vào. Do áp lực của nước sợi nano bị ép cực mạnh.

Qua đó hình thành sợi từ nhiều sợi cellulose gắn kết với nhau mà không có chất kết dính mà chỉ nhờ lực kết dính phân tử. Phương pháp này bắt chước những gì diễn ra trong tự nhiên, tạo ra sợi cellulose nano gần như hoàn chỉnh và có độ chịu lực rất cao.

Các nhà nghiên cứu đã phân tích được các chi tiết của loại sợi công nghệ cao “Chúng tôi đã tạo ra được sợi có độ dày tới 15 Micromet (một phần nghìn Millimet) và độ dài tới nhiều mét“, theo Stephan Roth, phụ trách đo đạc. Nghiên cứu cho thấy độ uốn của nguyên liệu này là 86 Gigapascal và độ bền kéo là 1,57 Gigapascal.

“Nếu bạn cần tìm một nguyên liệu sinh học, thì thực sự không có gì có thể sánh nổi nguyên liệu này“, Daniel Söderberg nói. “Nguyên liệu này mạnh hơn thép và hơn tất cả các kim loại hoặc hợp kim khác cũng như sợi thuỷ tinh và hơn phần lớn các loại nguyên liệu tổng hợp khác.“

Từ sợi cellulose đàn hồi này có thể tạo ra nguyên liệu phục vụ rất nhiều mục đích sử dụng khác nhau. Thí dụ nguyên liệu thân thiện với môi trường này có thể dùng để thay nhựa tổng hợp trong ô tô, để làm đồ nội thất hoặc để dùng trong máy bay. Nguyên liệu này có thể ứng dụng trong lĩnh vực y học, theo Sörderberg: “Nguyên liệu mới này của chúng tôi có tiềm năng sử dụng trong y sinh học vì Cellulo không bị cơ thể đào thải.”

Hoài Trang dịch

Nguồn: https://www.handelsblatt.com/technik/forschung-innovation/belastbarer-als-stahl-forscher-entwickeln-staerkstes-biomaterial-der-welt/22577044.html