Phát triển phân tử khi thêm vào polyme làm tăng độ bền vật liệu

Do chi phí, mật độ thấp, đặc tính cách nhiệt và điện tốt, khả năng chống ăn mòn cao, polyme được tìm thấy trong hầu hết vật dụng sử dụng trong cuộc sống hàng ngày. Tuy nhiên, việc tiếp tục tiếp xúc với nhiệt và lạnh sẽ khiến các vật liệu, bao gồm cả polyme giãn nở và co lại, cuối cùng dẫn đến hư hỏng.

Các vật liệu khác nhau giãn nở và co lại với tốc độ khác nhau, ví dụ kim loại và gốm sứ co lại ít hơn so với polyme. Các nhà nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm quốc gia Sandia ở Mỹ đã sửa đổi một phân tử mà khi thêm vào polyme sẽ làm tăng độ bền của vật liệu để khiến nó giống kim loại hơn.

Ông Erica Redline, nhà khoa học vật liệu dẫn đầu nhóm nghiên cứu cho biết: “Đây thực sự là một phân tử độc đáo mà khi bạn làm nóng thay vì giãn nở, nó thực sự co lại do thay đổi hình dạng. Khi nó được thêm vào một polyme, nó làm cho polyme đó co lại ít hơn, đạt các giá trị giãn nở và co lại tương tự như kim loại. Việc có được một phân tử hoạt động giống như kim loại là điều đáng chú ý”.

Các nhà nghiên cứu phát triển một phân tử làm cho polyme bền hơn.

Ý tưởng phát triển phân tử mà các nhà nghiên cứu chưa nêu tên nảy sinh từ những lời phàn nàn của khách hàng Sandia về tính dễ vỡ của điện thoại thông minh, được làm từ nhiều vật liệu khác nhau, mỗi loại phản ứng theo những cách khác nhau với nhiệt độ nóng và lạnh.

Ông Redline cho biết: “Lấy ví dụ điện thoại của bạn có vỏ nhựa kết hợp màn hình kính, bên trong là kim loại và gốm sứ tạo nên mạch điện. Tất cả vật liệu này đều được bắt vít, dán hoặc liên kết bằng cách nào đó với nhau và sẽ bắt đầu giãn nở, co lại với tốc độ khác nhau, gây áp lực lên nhau có thể khiến chúng bị nứt hoặc cong vênh theo thời gian”.

Các nhà nghiên cứu cho biết phân tử này có thể cách mạng hóa cách sử dụng polyme trong nhiều ứng dụng, bao gồm điện tử, hệ thống thông tin liên lạc, tấm pin mặt trời, phụ tùng ô tô, bảng mạch, thiết kế hàng không vũ trụ, hệ thống phòng thủ và sàn nhà.

Ông Jason Dugger, kỹ sư hóa học Sandia cho hay: “Phân tử này không chỉ giải quyết các vấn đề hiện tại mà còn mở ra không gian thiết kế cho nhiều cải tiến hơn trong tương lai”.

Họ nói rằng lợi ích có thể được đưa vào các phần khác nhau của polyme với tỷ lệ phần trăm khác nhau trong quá trình in 3D. Ông Dugger cho biết thêm: “Bạn có thể in một cấu trúc có các đặc tính nhiệt nhất định ở một khu vực và đặc tính nhiệt khác ở khu vực khác để phù hợp với vật liệu của vật phẩm. Nó cũng giúp giảm trọng lượng vật liệu bằng cách loại bỏ chất độn nặng. Thông thường các khoáng chất như canxi cacbonat, silic, đất sét, cao lanh và cacbon được thêm vào làm chất độn để làm cho polyme dễ tạo khuôn và tạo hình hơn cũng như đảm bảo tính ổn định”.

Cho đến nay, các nhà nghiên cứu chỉ tạo ra một lượng nhỏ phân tử này nhưng họ đang tìm cách tăng quy mô sản xuất. Hiện tại, phải mất khoảng 10 ngày để sản xuất được từ 0,2 đến 0,3 oz (7 đến 10 g).

Hà My