Mới đây, các nhà khoa học Pháp đã chế tạo ra một loại vật liệu mới có sự kết hợp giữa các thuộc tính của nhựa và thủy tinh. Vật liệu mới này có thể tạo nên cuộc cách mạng các quá trình sản xuất trong tương lai.
Goldilocks, Ludwik Leibler cùng các cộng sự của mình thuộc phòng thí nghiệm MMC1, đã nghiên cứu một loại vật liệu mới “có tính chất ổn định”, không quá dễ vỡ như thủy tinh, không quá nặng như kim loại, cũng không quá dễ dàng tan chảy như nhựa. Các nhà khoa học đã thành công trong việc phát triển một loại vật liệu thần kỳ kết hợp tính linh hoạt của nhựa với sự dễ uốn dẻo của thủy tinh.
Hợp chất hữu cơ mới này được gọi là “vitrimers” có thể được định hình và tái định hình theo ý muốn2. Theo như lời giải thích của một thành viên trong nhóm nghiên cứu, François Tournilhac, thì hợp chất hữu cơ mới này chính là sự kết hợp giữa các tính chất của “chất nhiệt dẻo” và “chất nhiệt rắn” lại với nhau. Chất nhiệt dẻo có thể tạo hình được ở trạng thái nóng chảy, nhưng thường không chịu được nhiệt độ cao, khi gia tăng nhiệt sẽ hóa lỏng hoặc không chịu được hóa chất, trong khi các chất nhiệt rắn có nhiều khả năng chịu nhiệt hơn, nhưng lại không thể tái định hình hoặc tái chế.
Giống như thủy tinh, các vitrimers vẫn giữ độ rắn chắc nhưng lại dễ uốn dẻo để tạo hình khi ở nhiệt độ cao. Đó cũng chính là nguyên nhân mà các nhà khoa học đưa sự kết hợp giữa nhựa epôxy và chất dẫn xuất axit béo vào trong cấu trúc phân tử vitrimers để sử dụng như chất tạo độ cứng. Kết quả là tạo thành một chuỗi poly (hydroxy ester). Tournilhac cho biết: “ở nhiệt độ 160-250 độ C, vitrimers trở thành chất giống như thuỷ tinh nóng chảy và có thể tái định hình, chứ không giống như nhựa nhiệt dẻo đột ngột hóa lỏng rất nhanh trước khi tạo được hình mới“. Bởi ở nhiệt độ này các liên kết hóa học giữ cho vật liệu hòa quyện với nhau, không thể phá vỡ, nhưng có thể thay đổi vị trí. Leibler giải thích rằng: “Ở nhiệt độ trong phòng, phải mất nhiều thế kỷ để các liên kết hóa học thay đổi vị trí, do đó vật liệu lúc này dường như là một chất rắn đàn hồi và không tan chảy. Mặt khác, ở nhiệt độ cao, sự thay đổi vị trí diễn ra nhanh hơn nhiều và vật liệu trở nên dễ uốn dẻo để tạo hình hơn giống như thủy tinh nóng chảy”.
Vật liệu hữu cơ mới này hứa hẹn có thể được tạo hình thành những cấu trúc rất phức tạp
Nhẹ hơn so với kim loại, dễ dàng chế taọ hơn và có khả năng chịu nhiệt tốt hơn so với nhựa, vitrimers có thể được sử dụng để tạo hình mà không cần đến nhiệt độ cực đại. Điều này có nghĩa là khi sản xuất các bộ phận lớn hơn, chẳng hạn bộ phận cánh quạt của cối xay gió, người ta chí cần sử dụng các tấm vitrimers phẳng để uốn cong thành hình dạng mong muốn mà không cần sử dụng đến những khuôn mẫu khổng lồ.
Leibler kết luận: “Vitrimers còn có vô số các tiềm năng ứng dụng nhỏ hơn khác, được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô hoặc điện tử xách tay, hay bất kỳ ngành công nghiệp nào đòi hỏi phải có vật liệu nhẹ hơn hoặc dễ tạo hình hơn dành cho các bộ phận có hình dạng phức tạp và khó tạo khuôn“.
Tham khảo
01. Laboratoire Matière molle et chimie (CNRS/ ESpCI paristech).
02. D. Montarnal et al., “Silica-like malleable materials from permanent organic networks,” Science, 2011. 334: 965-8.
Minh Tâm – Mai Lan (Theo CNRS)
Nguồn Viện KH & CN Việt Nam
