Điện thoại vỏ nhẹ như nhựa trong tương lai cứng hơn cả thép?

Các kỹ sư của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã phát triển một loại vật liệu mới cứng hơn thép và nhẹ như nhựa.

Được phát triển với sự trợ giúp của một quy trình polyme hóa mới, các kỹ sư hóa học của MIT đã phát triển một loại polyme hai chiều (2D) có thể tự lắp ráp thành các tấm, không giống như các polyme khác thường tạo thành chuỗi 3D.

Polyme bao gồm tất cả các loại nhựa được hình thành với các chuỗi khối xây dựng được gọi là monome. Các chuỗi phát triển bằng cách thêm các phân tử mới vào cuối của chúng. Sau khi hình thành, các polyme có thể được định hình thành các vật thể 3D thông qua quá trình ép phun.

Các nhà khoa học thường đưa ra giả thuyết rằng nếu các polyme có thể được tạo ra để phát triển thành một tấm 2D, chúng sẽ đảm bảo độ cứng nhưng trong lượng khá nhẹ. Tuy nhiên, những lần thất bại trong nghiên cứu trước đó khiến họ tin rằng việc đạt được mục tiêu này là không thể. Nguyên nhân vì chỉ cần một monome lật lên hoặc xuống khỏi mặt phẳng của tấm đang phát triển, vật liệu sẽ bắt đầu nở ra theo 3D, không cho phép hình thành cấu trúc giống như tấm 2D.

Tuy nhiên, hiện nay các nhà nghiên cứu đã đưa ra một quy trình polyme hóa học mới cho phép họ tạo ra một tấm 2D được gọi là polyaramide. Đối với các khối xây dựng monome, họ sử dụng một hợp chất được gọi là melamine có chứa một vòng nguyên tử cacbon và nitơ. Trong điều kiện hoàn hảo, các monome này có thể phát triển thành 2D, tạo thành các đĩa. Khi các đĩa xếp chồng lên nhau, chúng được giữ với nhau bằng liên kết hydro giữa các lớp, đồng thời tạo ra một cấu trúc ổn định và mạnh mẽ.

Hơn nữa, vì vật liệu tự lắp ráp trong dung dịch nên nó có thể được sản xuất hàng loạt bằng cách tăng số lượng nguyên liệu ban đầu. Các nhà nghiên cứu cũng chứng minh rằng họ có thể phủ các bề mặt bằng các màng vật liệu gọi là 2DPA-1.

Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng mô-đun đàn hồi của vật liệu mới – lực cần thiết để làm biến dạng vật liệu – cao hơn kính chống đạn từ bốn đến sáu lần. Để phá hủy vật liệu, năng lượng cần gấp đôi so với thép, mặc dù vật liệu này có mật độ chỉ bằng 1/6 thép.

Vật liệu này cũng không thấm khí nhờ các monome khóa lại với nhau, ngăn không cho các phân tử lọt vào giữa chúng.

Các nhà nghiên cứu hiện đang xem xét chi tiết hơn về cách polyme có thể tạo thành các tấm 2D trong khi đồng thời thay đổi cấu trúc phân tử của nó để tạo thành các loại vật liệu mới khác.

Đối với mục tiêu của vật liệu mới, Giáo sư Kỹ thuật Hóa học Carbon P Dubbs tại MIT và là tác giả chính của nghiên cứu, Michael Strano, cho biết chúng có thể được sử dụng làm lớp phủ bền, nhẹ cho các bộ phận ô tô hoặc điện thoại di động, hoặc làm vật liệu xây dựng cầu hoặc các vật liệu khác cấu trúc. Điều này có nghĩa điện thoại trong tương lai có thể sở hữu vỏ polyme như nhựa nhưng lại cứng cáp hơn cả thép.