Vật liệu mô phỏng xà cừ có thể thay thế chất dẻo

Cuộc sống hiện đại của con người phụ thuộc rất nhiều vào các chất dẻo, tuy nhiên quá trình sản xuất chất dẻo từ nguyên liệu dầu mỏ đang tạo ra những thách thức nghiêm trọng về môi trường. Trong khi đó, nhiều vật liệu thân thiện môi trường đã không được sử dụng do tính chất cơ học hạn chế của chúng hoặc do quá trình sản xuất phức tạp. Vì vậy, hiện đang có nhu cầu lớn về việc thiết kế và sản xuất những vật liệu thân thiện môi trường với tính năng cao.

Nhóm nghiên cứu tại Đại học Khoa học và công nghệ Trung Quốc (USTC) mới đây đã thông báo phương pháp sản xuất một loại vật liệu từ sợi gỗ và mica, với cấu trúc tương tự như xà cừ, có thể sửa đổi để sản xuất ở quy mô lớn, có khả năng gia công tốt và có thể điều chỉnh màu sắc.

Xà cừ tự nhiên có cấu trúc thang bậc nhiều cấp, tương tự như gạch và vữa, điều đó khiến cho nó trở nên cứng và bền. Lấy cảm hứng từ xà cừ, các nhà nghiên cứu đã mô phỏng cấu trúc gạch – vữa sắp xếp trật tự bằng cách sử dụng vi hạt mica bọc TiO­2­ và sợi nano xenluloza (CNF) theo phương pháp lắp ghép biến dạng có định hướng mà họ đề xuất.

Phương pháp này trực tiếp ép hydrogel của mica TiO­₂­ và CNF, trong khi đó giữ nguyên không thay đổi kích thước trên các hướng mặt phẳng. Độ dày của hydrogel giảm mạnh và các nguyên liệu được liên kết trực tiếp theo cấu trúc gạch-vữa sắp xếp một cách trật tự.

Ở quy mô nano, các hạt nano TiO_­2­ trên bề mặt mica TiO­_2­ dẫn đến sự phân tán năng lượng một cách hiệu quả do sự trượt ma sát trong quá trình rút mica TiO­₂­ ra. Tất cả các cấu trúc thang bậc đa lớp đều góp phần phân bố tải trọng và tăng độ cứng của vật liệu.

Vật liệu thu được có độ bền và độ cứng xuất sắc, cao gấp hơn 2 lần những chất dẻo kỹ thuật tính năng cao (ví dụ polyamit, polycacbonat thơm), khiến cho nó trở thành vật liệu có khả năng cạnh tranh mạnh mẽ với chất dẻo sản xuất từ nguyên liệu hóa dầu.

Hơn nữa, vật liệu mới còn tự điều chỉnh theo nhiệt độ trong phạm vi từ -130^oC đến 250^oC, trong khi đó chất dẻo thông thường dễ dàng bị mềm ở nhiệt độ cao. Vì vậy, vật liệu mới an toàn và đáng tin cậy hơn ở nhiệt độ cao hoặc nhiệt độ thay đổi.

Hoahocngaynay.com/Hoahoc.info

Nguồn: Vinachem/Chemie.de