Chế tạo thành công loại kính không thể vỡ lấy cảm hứng từ vỏ sò
Có thể trong tương lai chúng ta sẽ "say goodbye" với mặt kính màn hình điện thoại vỡ.
Một loại kính mới có khả năng chống vỡ gấp 5 lần so với kính tiêu chuẩn đã được tạo ra với mục tiêu là đưa lên những sản phẩm thương mại, ví dụ như smartphone, để tăng độ bền, giúp người dùng không còn lo ngại về vấn đề rơi vỡ.
Vật liệu tổng hợp giữa thủy tinh và acrylic sẽ “cung cấp sự kết hợp của sức mạnh, độ dẻo dai và độ trong suốt”, được thiết kế bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học McGill ở Montreal, Canada.
Loại thủy tinh cứng và chắc hơn này được lấy cảm hứng từ lớp bên trong vỏ của những loài nhuyễn thể như sò, ốc,... chúng có cấu tạo giống như một bức tường bằng những mảnh gạch đan xen ở kích thước siêu nhỏ.
Các nhà nghiên cứu cho biết mặc dù là thủy tinh, nhưng vật liệu mới có khả năng đàn hồi giống như nhựa hơn và "không bị vỡ khi va chạm."
Nếu được sản xuất hàng loạt và đưa ra thị trường, nó có thể được dùng để chấm dứt tình trạng smartphone cao cấp bị vỡ dễ dàng khi rơi xuống đất.
Vỏ nhuyễn thể được tạo thành từ khoảng 95% đá vôi, rất giòn ở dạng nguyên chất. Nhưng xà cừ, bao bọc lớp vỏ bên trong của nhuyễn thể, được tạo thành từ những mảnh siêu nhỏ chồng lớp lên nhau, khiến nó trở nên cực kỳ chắc chắn và dẻo dai. Nó rất bền, cho phép vỏ chống lại các tác động mà không bị vỡ.
(A) Thủy tinh trước và sau khi thay đổi chiết suất để làm cho nó trong suốt. Vật liệu hình tròn bên phải làm nổi bật độ trong suốt và phù hợp với màn hình smartphone; (B) cấu trúc vi mô của vật liệu; (C) hình ảnh lớp xà cừ trên vỏ bào ngư đỏ; (D) cấu trúc vi mô của xà cừ
Allen Ehrlicher, phó giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Sinh học tại Đại học McGill, cho biết: “Thật đáng kinh ngạc, xà cừ có độ cứng của vật liệu cứng và độ bền của vật liệu mềm. Nó được làm từ các mảnh vật chất cứng như đá vôi được xếp thành lớp với các protein mềm có tính đàn hồi cao. Cấu trúc này tạo ra sức mạnh đặc biệt, làm cho nó cứng hơn 3.000 lần so với các vật liệu tạo nên nó.”
“Thiên nhiên là một bậc thầy về thiết kế. Nghiên cứu cấu trúc của vật liệu sinh học và hiểu cách chúng hoạt động mang lại nguồn cảm hứng, và đôi khi là bản thiết kế cho các vật liệu mới. Mặc dù các kỹ thuật như tôi và ép có thể giúp gia cố kính tiêu chuẩn trên điện thoại ngày nay, nhưng chúng rất tốn kém và không còn tác dụng khi bề mặt bị hư hỏng.”
(A) Cấu trúc vi mô hợp chất thủy tinh của nhóm nghiên cứu Đại học McGill và (B) cấu trúc vi mô của xà cừ với sự sắp xếp giống như bức tường gạch
Giáo sư Ehrlicher cho biết: “Cho đến nay vẫn có sự đánh đổi giữa độ bền cao, độ dẻo dai và độ trong suốt. Vật liệu mới của chúng tôi không chỉ cứng hơn kính thông thường ba lần, mà còn chống vỡ tốt hơn gấp hơn năm lần.”
Xà cừ bao gồm các tiểu cầu hình lục giác chứa các tinh thể aragonit (một dạng canxi cacbonat) được sắp xếp thành phiến mỏng song song liên tục, giống như một bức tường gạch.
Các nhà khoa học đã lấy kiến trúc của xà cừ và tái tạo nó với các lớp mảnh thủy tinh và acrylic, tạo ra một loại vật liệu mờ đục "đặc biệt bền" có thể được sản xuất dễ dàng và không tốn kém.
Sau đó, họ đã tiến thêm một bước nữa để làm cho hợp chất trở nên trong suốt về mặt quang học, bằng cách thay đổi chỉ số khúc xạ của vật liệu acrylic.
Các bước tiếp theo của nhóm nghiên cứu là cải thiện loại kính không thể vỡ bằng cách kết hợp công nghệ thông minh cho phép kính thay đổi các đặc tính của nó, chẳng hạn như màu sắc, cơ học và độ dẫn điện.
