Nghiên cứu vật liệu thủy tinh mới bền gấp 4 lần thép

20:55 11/08/2023
Các kỹ sư tại Đại học Connecticut đã phát triển một vật liệu mới rất bền và nhẹ từ DNA (một loại polymer) có khả năng lắp ráp thành khung và sau đó được phủ trong thủy tinh.

Độ bền và trọng lượng thường đối lập nhau - độ bền càng cao, trọng lượng càng tăng và ngược lại. Phát triển các vật liệu đạt được sự cân bằng phù hợp còn là một lĩnh vực nghiên cứu chính, và giờ đây các nhà khoa học đã tìm thấy một dạng vật liệu đầy hứa hẹn có thể giải quyết vấn đề trên - DNA và thủy tinh.

DNA là loại vật liệu có thể linh hoạt như một vật liệu xây dựng ở cấp độ nano, có thể kéo dài hoặc co lại, và thậm chí tự lắp ráp thành nhiều hình dạng khác nhau. Mặt khác, kính là vật liệu mỏng manh, nhưng xu hướng vỡ của nó thường xuất phát từ các vết nứt - những mảnh kính hoàn hảo có thể cực kỳ chắc chắn.

Các nhà khoa học đã nghiên cứu và sử dụng DNA lắp ráp thành các hình dạng giống như mạng tinh thể. Sau đó, vật liệu này được phủ một lớp vật liệu thủy tinh, tạo thành một loại vật liệu mỏng nhẹ. Kết quả cuối cùng là các sợi DNA mỏng được phủ thủy tinh có được độ bền rất cao nhờ sự hỗ trợ của cả hai vật liệu và có trọng lượng nhẹ vì các sợi DNA này tạo thành một khung bao quanh.

Trong các thử nghiệm, các nhà khoa học phát hiện ra rằng vật liệu mạng nano DNA và thủy tinh có cường độ nén lên tới 5 GigaPascal (GPa), thứ này cứng hơn thép bốn lần nhưng với mật độ chỉ bằng một phần năm.

Nhóm cứu cho biết: “Đối với mật độ nhất định, vật liệu của chúng tôi là vật liệu bền nhất được biết đến”.

Các bước tiếp theo của nhóm nghiên cứu là thử nghiệm công thức này, bao gồm thử các cấu trúc DNA khác nhau và hoán đổi thủy tinh để lấy các vật liệu như gốm cacbua, để xem liệu có thể làm cho vật liệu bền hơn nữa hay không.

Oleg Gang, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: “Khả năng tạo ra các vật liệu nano khung 3D được thiết kế bằng cách sử dụng DNA và khoáng hóa chúng mở ra những cơ hội to lớn cho các tính chất cơ học kỹ thuật. Nhưng vẫn cần nhiều nghiên cứu trước khi chúng ta có thể sử dụng nó như một công nghệ”.

Bình luận