Các nhà khoa học thuộc Đại học Wageningen & Research (WUR) đã thách thức những học thuyết vật liệu tồn tại hàng chục năm khi phát triển thành công một lớp vật liệu hoàn toàn mới – được gọi là “compleximer”.
Chất liệu có màu hổ phách này sở hữu một tổ hợp đặc tính từng được xem là không thể xuất hiện song hành: chịu va đập bền bỉ như nhựa, nhưng đồng thời dễ uốn, dễ thổi và dễ tạo hình như thủy tinh.
Bất chấp quy tắc về tính dễ vỡ
Trong nhiều thập kỷ, khoa học vật liệu vẫn tuân theo một “nguyên tắc bất thành văn” đối với các vật liệu dạng “thủy tinh”. Theo quan niệm phổ biến, vật liệu càng nóng chảy chậm và càng dễ gia công thì lại càng giòn, dễ vỡ.
Tuy nhiên, Giáo sư Jasper van der Gucht cùng cộng sự đã phá vỡ hoàn toàn giả định này.
Phát hiện của họ cho thấy một loại vật liệu có thể nóng chảy đủ chậm để tạo hình tỉ mỉ, nhưng vẫn đủ dẻo dai để nảy lên khi rơi xuống sàn, thay vì vỡ thành từng mảnh.
"Nam châm" phân tử
Bước đột phá này nằm ở cách các phân tử trong vật liệu liên kết với nhau. Trong khi nhựa truyền thống dựa vào các liên kết hóa học đóng vai trò như “keo vĩnh viễn” để gắn các chuỗi phân tử dài, thì compleximer lại được giữ với nhau bằng lực hút vật lý.
Trong cấu trúc mới này, một nửa chuỗi phân tử mang điện tích dương, nửa còn lại mang điện tích âm. Các điện tích trái dấu hút nhau giống như những chiếc nam châm, giúp các chuỗi phân tử liên kết mà không bị cố định bằng liên kết hóa học cứng nhắc.
Do lực hút này tác động ở khoảng cách xa hơn so với liên kết hóa học thông thường, nên giữa các chuỗi phân tử tồn tại nhiều “khoảng thở” hơn. Chính không gian phân tử này đã tạo ra những đặc tính độc đáo cho vật liệu.
Nó cho phép vật liệu được nhào nặn và thổi ở nhiệt độ cao, đồng thời vẫn giữ được cấu trúc đủ linh hoạt để hấp thụ va chấn.
Điều này đặc biệt gây bất ngờ khi so sánh với các chất lỏng ion và những vật liệu mang điện tích khác, qua đó cho thấy các vật liệu tích điện có thể biểu hiện những hành vi hoàn toàn mới – một lĩnh vực mà khoa học mới chỉ bắt đầu khám phá.
“Việc chứng minh rằng các vật liệu mang điện tích có thể ứng xử khác hoàn toàn so với những gì chúng ta từng kỳ vọng chính là điều khiến tôi hào hứng nhất ở giai đoạn này”, ông Van der Gucht chia sẻ.
Sửa chữa chỉ bằng "máy sấy tóc"
Những hệ quả thực tiễn của loại vật liệu “bất khả thi” này mở ra viễn cảnh đầy hứa hẹn cho các sản phẩm tiêu dùng trong tương lai.
Do các chuỗi phân tử được giữ với nhau bằng lực vật lý thay vì liên kết hóa học vĩnh viễn, compleximer có khả năng tự phục hồi một cách tự nhiên.
Nếu một tấm lợp mái nhà hay món đồ nội thất ngoài trời làm từ compleximer bị nứt nghiêm trọng, việc sửa chữa có thể đơn giản đến mức chỉ cần làm nóng khu vực đó bằng máy sấy tóc, rồi ép hai mép nứt lại để các “nam châm phân tử” tái liên kết.
Dù phiên bản hiện tại của compleximer vẫn được sản xuất từ nguyên liệu hóa thạch, nhóm nghiên cứu WUR đã sớm hướng tới một tương lai bền vững hơn.
Ông Wouter Post, nhà nghiên cứu cao cấp về công nghệ nhựa bền vững, nhấn mạnh rằng công trình này mở ra cánh cửa cho những loại nhựa không chỉ dễ sửa chữa mà còn có thể được thiết kế để phân hủy sinh học.
“Hầu hết các nghiên cứu ứng dụng hiện nay tập trung vào việc cải thiện khả năng tái chế, trong khi nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho những loại nhựa dễ sửa chữa, thậm chí có thể phân hủy sinh học rất nhanh”, ông Post kết luận.
Trong những năm tới, Giáo sư Van der Gucht cho biết ưu tiên hàng đầu của ông là phát triển các phiên bản compleximer có nguồn gốc sinh học, nhằm bảo đảm rằng cột mốc khoa học này sẽ đóng góp thiết thực cho quá trình chuyển đổi toàn cầu sang các vật liệu bền vững.
Theo IE
