Phát triển vật liệu siêu nhẹ cứng gấp 10 lần thép

Vật liệu graphene có cấu trúc 3D dạng xốp mạnh hơn thép 10 lần. Ảnh: MIT News.

Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), Mỹ, chế tạo thành công một loại vật liệu nhẹ nhưng siêu bền bằng cách biến đổi lớp graphene (cấu tạo từ các nguyên tử carbon)trở thành cấu trúc 3D dạng xốp. Kết quả nghiên cứu được đăng trên tạp chí Science Advances hôm 6/1.

Ở dạng 2D, graphene là một trong những vật liệu mạnh nhất từng được thử nghiệm cho đến nay. Giới khoa học đã nỗ lực rất nhiều để tìm cách duy trì tính chất vật lý của graphene dưới dạng 3D. Nhóm nghiên cứu tại MIT cuối cùng tìm thấy phương pháp để giải quyết vấn đề này.

Họ nén lớp graphene trong phòng thí nghiệm bằng cách sử dụng nhiệt độ và áp suất cao. Lớp graphene nóng chảy thành cấu trúc có hình dạng độc đáo, giống như san hô. Khi thay đổi nhiệt độ và áp suất, nguyên liệu ban đầu sẽ trở thành nhiều dạng khác nhau. Ngoài ra, một số vật liệu 2D khác cũng có thể chuyển đổi sang dạng 3D theo cách tương tự.

"Một trong những mẫu thử nghiệm của chúng tôi có tỷ trọng bằng 5% của thép, nhưng mạnh hơn thép gấp 10 lần", Zhao Qin, thành viên của nhóm nghiên cứu, cho biết.

Mô hình máy tính cho phép các nhà khoa học nghiên cứu mỗi dạng cấu trúc vật liệu và mô phỏng phản ứng của chúng đối với tác động ngoại lực. Kết quả cho thấy, đặc tính chịu nén và kéo căng của vật liệu 3D phụ thuộc vào hình dạng cấu trúc của nó, không phải đến từ độ bền vật liệu 2D tạo ra nó.

"Bạn có thể sử dụng các dạng cấu trúc hình học 3D của vật liệu graphene hoặc nhiều vật liệu khác như polyme hoặc kim loại", Markus Buehler, trưởng bộ phận Kỹ thuật Môi trường và Dân sự tại MIT, nói.