Phát triển vật liệu ‘gel thủy tinh’ mới có độ bền, độ co giãn và độ dính kỳ lạ

Polyme thủy tinh là loại nhựa được tạo ra để có các đặc tính giống như thủy tinh – chúng bền, cứng và chắc, nhưng cũng thường giòn, dễ gãy nếu cố uốn cong hoặc kéo căng. Ngược lại, gel mềm và linh hoạt nhưng cũng yếu. Nhóm NCSU hiện đã phát triển vật liệu mới kết hợp những ưu điểm của cả hai.

“Chúng tôi đã tạo ra loại vật liệu mà chúng tôi gọi là gel thủy tinh, cứng như polyme thủy tinh, nhưng nếu tác dụng đủ lực có thể kéo dài gấp năm lần chiều dài ban đầu của chúng, thay vì bị đứt”, Michael Dickey, tác giả liên hệ của nghiên cứu cho biết.

Hơn nữa, sau khi vật liệu được kéo dài, có thể khiến nó trở lại hình dạng ban đầu bằng cách áp dụng nhiệt. Ngoài ra, bề mặt của gel thủy tinh có độ bám dính cao, điều này không bình thường đối với các vật liệu cứng.

Để tạo ra gel thủy tinh, nhóm nghiên cứu kết hợp các phân tử tiền chất lỏng của polyme thủy tinh với chất lỏng ion. Sau đó, hỗn hợp được đổ vào khuôn và tiếp xúc với tia UV để đông cứng trước khi lấy ra khỏi khuôn. Chất lỏng ion này hoạt động như một dung môi, giúp vật liệu có được sức mạnh của cả thủy tinh và gel.

Gel thủy tinh rất co giãn nhưng vẫn bền như các loại polyme thủy tinh cứng hơn.

Dickey cho biết: “Thông thường, khi bạn thêm dung môi vào polyme, dung môi sẽ đẩy các chuỗi polyme ra xa nhau, khiến polyme mềm và có thể kéo giãn. Trong gel thủy tinh, dung môi đẩy các chuỗi phân tử trong polyme ra xa nhau, cho phép nó có thể kéo giãn như gel. Tuy nhiên, các ion trong dung môi bị polyme thu hút mạnh, ngăn không cho các chuỗi polyme di chuyển. Sự bất lực của các chuỗi khiến nó trở nên thủy tinh. Kết quả cuối cùng là vật liệu cứng do các lực hấp dẫn, nhưng vẫn có khả năng kéo giãn do khoảng cách bổ sung”.

Mặc dù chúng có hơn 54% là chất lỏng theo trọng lượng nhưng các loại gel thủy tinh này được phát hiện có độ bền gãy là 42 MPa, độ dai là 110 MJ m-3, độ bền chảy là 73 MPa và mô đun Young là 1 GPa. Nhóm nghiên cứu cho biết các thông số này tương tự nhựa nhiệt dẻo như polyethylene, nhưng không giống như các vật liệu đó, chúng cũng có thể kéo dài gấp năm lần chiều dài ban đầu.

Những lợi thế khác của gel thủy tinh bao gồm khả năng tự phục hồi và trở lại hình dạng ban đầu khi áp dụng một chút nhiệt. Hàm lượng chất lỏng cao cũng khiến chúng trở thành vật dẫn điện hiệu quả hơn và chúng có bề mặt dính, vì những lý do mà nhóm nghiên cứu không hoàn toàn hiểu rõ.

Hữu ích nhất trong tất cả, những loại gel thủy tinh này khá dễ làm. Việc tạo ra gel thủy tinh là quá trình đơn giản có thể thực hiện bằng cách xử lý trong bất kỳ loại khuôn nào hoặc bằng cách in 3D. Hầu hết loại nhựa có đặc tính cơ học tương tự đều yêu cầu các nhà sản xuất tạo ra polyme làm nguyên liệu đầu vào, sau đó vận chuyển polyme đó đến một cơ sở khác, nơi polyme được nấu chảy và tạo thành sản phẩm cuối cùng.

Cho đến nay, các nhà nghiên cứu vẫn chưa chắc chắn loại gel thủy tinh này có thể có những ứng dụng gì, nhưng với danh sách các tính chất hấp dẫn như vậy, họ tin rằng vật liệu mới này cuối cùng có thể rất hữu ích.

An Hạ