Nhựa lai thủy tinh, vật liệu cho tương lai

Tưởng tượng chúng ta có một thanh nhựa trên tay, nung nóng nó và kéo dài để tạo ra một hình dạng mới. Điều này hoàn toàn không thể đối với một vật liệu polymer truyền thống, nhưng lại rất phổ biến đối với thủy tinh, vật liệu có khả năng tạo hình thành bất cứ vật thể nào. Tính chất trên là nhờ vào thủy tinh có thể dễ dàng chuyển từ trạng thái rắn sang lỏng dưới tác dụng của nhiệt và quay trở lại dạng rắn khi làm nguội. Vì vậy để một vật liệu nhựa cấu tạo từ các polymer hữu cơ có thể làm được điều trên, nó cần sỡ hữu những tính chất đặc trưng của thủy tinh vô cơ. Tại phòng thí nghiệm vật chất mềm và hóa học của Đại học Vật lý và Hóa học Paris (ESPCI, Ecole supérieure de physique et de chimie de la ville de Paris/CNRS), Ludwik Leibler và đội ngũ của ông đã chế tạo thành công một loại nhựa lai thủy tinh hội tụ những tính chất như thế.

Tổng hợp nhựa lai thủy tinh

Từ lâu, phòng thí nghiệm này đã nghiên cứu trên những hợp chất dẻo hữu cơ có tính chất đặc biệt. Năm 2008, Ludwik Leibler cùng với Pierre-Gilles de Gennes, chuyên gia hàng đầu trong lĩnh vực vật chất mềm, đã lần đầu tiên giới thiệu một vật liệu có thể tự bản thân hàn gắn lại, còn gọi là vật liệu tự phục hồi. Dựa trên nền tảng đó, Ludwik Leibler và các cộng sự đã tạo ra một vật liệu mới có tính chất như nhựa lai thủy tinh.

Vật liệu này có thể được xem như là một hỗn hợp nhựa epoxy, loại polymer có độ cứng gần như vĩnh viễn, được hình thành thông qua phản ứng với các acid béo dưới sự hỗ trợ của một chất xúc tác hoặc nhiệt độ. Các acid béo và xúc tác sử dụng trong tổng hợp nhựa lai thủy tinh cũng đã từng được Ludwik Leibler sử dụng để điều chế vật liệu tự phục hồi. Sau khi tổng hợp, nhựa lai thủy tinh, đúng như tên gọi, có đầy đủ các tính chất đặc trưng của cả chất dẻo và thủy tinh. Nó có độ dẻo, có thể co giãn, vì vậy có thể trở lại hình dạng ban đầu sau khi bị xoắn, một đặc trưng điển hình của cao su và chất dẻo. Tuy nhiên khi đặt vật liệu này trong một nguồn nhiệt, giống như thủy tinh, ta có thể tạo hình cho vật liệu này một cách dễ dàng theo ý muốn. Sau khi làm nguội, vật liệu này sẽ mang hình dạng mới vĩnh viễn và trở nên gần như không thể phá vỡ. Ngoài ra, hai mảnh vật liệu khi được nung nóng có thể được hàn vào nhau, vốn là tính chất đặc trưng của thủy tinh.

Ludwik Leibler cũng phát hiện, tùy vào thành phần cấu tạo, nhựa lai thủy tinh có thể trở nên mềm hơn, hoặc cứng hơn. Theo ông, bí quyết tạo ra vật liệu dạng này, cũng như vật liệu tự phục hồi trước đó, nằm ở cách thức hoạt động của các liên kết cộng hóa trị thuận nghịch. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng quá trình ester hóa chuyển dịch, một phản ứng trao đổi gốc hữu cơ của ester với gốc hữu cơ khác của rượu, cho phép thay đổi cấu trúc thù hình ở nhiệt độ cao.

Khả năng ứng dụng không giới hạn

Khám phá trên mở ra một hy vọng mới, cho phép sản xuất những vật dụng, thiết bị có những tính chất hoàn toàn mới. Chẳng hạn người ta đã nghĩ đến khả năng sử dụng vật liệu này để chế tạo các thân tàu hay các thiết bị bằng nhựa, cho phép sửa chữa, kiến tạo lại dễ dàng thông qua một nguồn nhiệt. Nhất là hiện nay, khi mà các vật liệu làm từ nhựa gần như chinh phục tất cả các lĩnh vực công nghiệp nhờ vào tính chất bền và nhẹ, một vật liệu mới trên cơ sở nhựa, lại có thể được đúc khuôn nhiều lần cho nhiều giai đoạn sử dụng khác nhau tỏ ra vô cùng lý thú.

Bên cạnh khía cạnh ứng dụng, khám phá của Ludwik Leibler còn mang lại một bước đột phá lớn trong lĩnh vực khoa học, đặt ra nhiều góc nhìn mới đối với quá trình thủy tinh hóa. Bài báo đăng trong tạp chí Khoa học (Science) của ông về nhựa lai thủy tinh ngay lập tức thu hút sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học, các chuyên gia công nghiệp trong hầu hết các lĩnh vực, từ công nghệ ô tô, vận tải biển, hàng không cho đến điện gia dụng và các thiết bị phục vụ thể thao.

Lê Tiến Khoa dịch từ
http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/un-plastique-revolutionnaire-entre-le-caoutchouc-et-le-verre_34717/