Vật liệu tự vá lành được nghiên cứu chế tạo giúp bảo vệ thép tránh khỏi sự tác động của môi trường. Tăng tuổi thọ của thép đồng nghĩa với việc giảm đi số lượng khoáng sản bị khai thác giúp bảo vệ môi trường. Vật liệu này có khả năng tự chữa khỏi khá cao. Đây là bước đột phá mới của công nghệ vật liệu và cũng là bước đi trên con đường khai phá vật liệu mới của con người. Khi mà các loại tài nguyên hóa thạch đang dần cạn kiệt các cuộc nghiên cứu này trở nên hết sức ý nghĩa.
Mục Lục
Vật liệu tự vá lành và bảo vệ thép
Một nhóm chuyên gia vừa chế tạo thành công lớp phủ mềm dẻo có khả năng tự vá lành khi hư hại cũng như bảo vệ thép khỏi sự bào mòn.
Theo New Atlas, các nhà khoa học thuộc trường đại học Rice (Mỹ) đã tìm ra hợp chất mới với nhiều đặc tính độc đáo; có thể bảo vệ thép khỏi sự ăn mòn. Lớp phủ mới có khả năng ngăn ngừa rỉ sét đối với các tấm thép chìm dưới nước. Đồng thời nó còn mềm dẻo, dễ uốn và có khả năng tự phục hồi khi bị hỏng.
Cụ thể, lớp phủ này được làm từ một hợp chất lưu huỳnh – selen nhẹ. Nó có khả năng ngăn chất ẩm và clo như các lớp phủ gốc kẽm và crom. Đồng thời bảo vệ thép trong môi trường nước biển giống lớp phủ gốc polymer. Bên cạnh đó, lớp phủ còn có khả năng chống lại sự ăn mòn do vi khuẩn gây ra.
Các cuộc thí nghiệm cho vật liệu tự vá lành
Thí nghiệm chống ăn mòn
Nhóm chuyên gia đã nghiên cứu trong nhiều cuộc thí nghiệm để tạo ra lớp phủ đa dạng này. Đầu tiên, họ ngâm các thanh thép nhẹ phủ hợp chất lưu huỳnh – selen trong nước biển cùng với thép không phủ khoảng một tháng. Trong khi thép trần rỉ sét đáng kể; thép phủ lại không thay đổi màu sắc, chứng tỏ khả năng chống oxy hóa cao.
Tiếp theo, họ thử nghiệm với vi khuẩn khử sulfate – loại vi khuẩn có khả năng đẩy nhanh quá trình ăn mòn. Các nhà khoa học cho các mẫu phủ và không phủ tiếp xúc với sinh vật phù du và màng sinh học. Kết quả đúng như mong đợi, lớp phủ tiếp tục bảo vệ thép. Nhóm chuyên gia cho biết lớp phủ mang lại hiệu quả ức chế tới 99.99%.
Thí nghiệm tự vá lành
Không chỉ có khả năng chống sự ăn mòn, lớp phủ mới này còn gây ấn tượng mạnh với chế độ tự phục hồi khi bị cắt hoặc thủng. Trong một cuộc thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã cắt đôi một màng hợp chất và đặt 2 mảnh cạnh nhau trên đĩa nóng.
Ngay sau đó, chúng tái hợp thành một màng trong vòng 2 phút khi được nung nóng ở 70 độ C. Các lỗ thủng cũng có thể tự vá lành nếu nung nóng tới 130 độ C trong 15 phút. Đáng chú ý, vật liệu sau khi được hàn gắn vẫn bảo vệ thép tốt như ban đầu.
“Nếu chọc thủng hợp chất, nó sẽ phục hồi. Nếu cần phục hồi nhanh, chúng tôi sẽ hỗ trợ bằng cách sử dụng nhiệt. Nhưng phần lớn các mẫu dày sẽ tự phục hồi theo thời gian”. Muhammad Rahman, người đứng đầu nhóm nghiên cứu, chia sẻ.
Nhìn chung, các nhà khoa học nhận thấy hợp chất mới không chỉ giúp bảo vệ thép trong môi trường nước; mà giúp cả những thiết bị điện tử có thể uốn cong. Họ báo cáo rằng hợp chất này cách điện tốt hơn hầu hết vật liệu dẻo. Đồng thời linh hoạt hơn phần lớn vật liệu cách điện.
Hiện nhóm nghiên cứu vẫn tiếp tục thử nghiệm những loại vật liệu phù hợp với từng loại thép và khám phá các kỹ thuật phủ khác nhau.
Vật liệu sống tự vá lành khi bị phá hủy
Vật liệu sống (ELM) được tạo ra từ loại vi chuẩn chỉnh sửa gene mang tên Komagataeibacter rhaeticus. Các nhà khoa học sắp xếp vi khuẩn theo cấu trúc hình cầu gọi là phỏng cầu. Đồng thời đặt cảm biến để phát hiện hư hỏng. Sau đó, họ đục lỗ trên lớp cellulose của vi khuẩn và nhét một số phỏng cầu vào trong lỗ. Sau ba ngày, nhóm nghiên cứu nhận thấy các lỗ đã được vá lành. Hình dáng của vật liệu khôi phục như cũ. Họ mô tả phát hiện trong nghiên cứu công bố hôm 19/8 trên tạp chí Nature Communications.
“Phát hiện của chúng tôi mở ra hướng tiếp cận mới. Trong đó vật liệu nuôi cấy có thể được sử dụng như các module với chức năng khác nhau. Giống như trong xây dựng. Vật liệu sống tạo ra theo cách này rất đa dạng, chẳng hạn với tế bào men tiết protein; chúng tôi có thể sản xuất màng phim vá lành vết thương. Hormone và enzyme sinh ra từ băng gạc sẽ giúp tăng tốc độ lành da”. Joaquin Caro-Astorga, trợ lý nghiên cứu ở Khoa kỹ thuật sinh học tại Đại học Hoàng gia London (ICL), trưởng nhóm nghiên cứu, giải thích.