Trong các vùng có khí hậu lạnh giá, việc hình thành băng đá thường xẩy ra, điều này đã kéo theo nhiều vấn đề đáng lo lắng như các tế bào sống bị thoái hóa, đất đai và đường phố bị phá hủy, hoặc sản sinh ra các tinh thể băng đá trong kem.
Thêm chất zirconium acetate vào dung dịch gốm dẫn tới sự hình thành của một cấu trúc không thay đổi khi đóng băng
Giải pháp của vấn đề trên đã được tìm thấy trong các protein có cấu trúc băng (ice-structuring-ISP) ở một số loài cá, thưc vật và côn trùng bởi các protein này có khả năng ngăn chặn sự phát triển của các tinh thể đá ở môi trường đông lạnh. Trên thực tế, việc chiết xuất ISP từ các loài sinh vật rất tốn kém và các sản phẩm thay thế chúng có thể được sản xuất tổng hợp. Tuy nhiên, hiện nay các nhà khoa học vẫn chưa nắm rõ được cơ chế hoạt động của các protein phức tạp này. Mới đây, các nhà nghiên cứu CNRS đã phát hiện ra một số tính chất hình thành băng đá không mong muốn của một hợp chất hóa học đơn giản. Điều này đã mở đường cho việc tìm ra thêm nhiều 1nhân tố chống đóng băng cơ bản khác.
Sylvain Deville của LSFC2, cùng với nhóm của mình và các đối tác nghiên cứu thuộc phòng thí nghiệm MIS3 đã tình cờ khám phá ra chất chống đóng băng tổng hợp mới. Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm phương pháp đổ khuôn đông lạnh mà trong kỹ thuật làm gốm sứ dựa vào đó để tạo ra độ nở (gốm được đưa vào làm lạnh trước khi nung), sau đó loại bỏ các tinh thể đá để gốm có độ xốp. Để đạt độ xốp đồng đều, trước khi làm lạnh các nhà khoa học đã thêm vào dung dịch làm gốm chất zirconium acetate (ZRA), một loại “muối” (hợp chất ion) được biết đến là hoạt chất để ổn định các hạt lơ lửng.
Thật đáng ngạc nhiên, chất ZRA tạo nên các tinh thể băng, quan sát được qua sự nhiễu xạ và hình ảnh của tia X, có hình thái học giống cấu trúc tổ ong với các hình lục giác đều, là khác biệt hoàn toàn so với cấu trúc phân nhánh thô của dung dịch gốm ZRA lỏng.
Deville chỉ ra rằng, kết quả nghiên cứu cho thấy chất ZRA hiếm có khả năng tương tác với bề mặt tinh thể băng “ở quy mô nguyên tử”, giống như việc diễn ra một cách tự nhiên với các ISP. Hoạt động của chất ZRA như thế nào vẫn còn là bí ẩn và công việc tiếp theo của nhóm nghiên cứu là tìm hiểu cơ chế hoạt động cơ bản của chất ZRA để giúp cho quá trình tách ISP dễ dàng hơn.
Deville cho biết, giờ đây ZRA được coi như một giải pháp chống đóng băng mới đầy hứa hẹn, bởi ZRA không chỉ dễ sản xuất hơn so với việc chiết xuất ISP bao gồm tất cả các loại đại phân tử, mà ZRA còn rất rẻ, dễ sử dụng, và tương đối ổn định.
Hoahocngaynay.com
Nguồn Viện KH & CN Việt Nam/Theo CNRS
Tham khảo thêm
01. S. Deville et al., “Ice shaping properties, similar to that of antifreeze proteins, of a zirconium acetate complex,” PLoS ONE, 2011. 6(10): e26474.
02. Laboratoire de synthèse et fonctionnalisation des céramiques (CNRS / Saint-Gobain).
03. Matériaux, ingénierie, sciences (CNRS / INSA Lyon / Université Claude Bernard Lyon-I).
