Nước đá cũng có thể bị uốn cong: Đây là cách các nhà khoa học làm điều đó
Đúng là chẳng có gì cứng và thẳng được mãi.
Thép cứng là vậy cũng có thể uốn cong. Thủy tinh nhân tạo cũng vậy. Và màn hình TV, điện thoại thông minh bây giờ cũng đã cong gập lại được. Càng ngày, các nhà khoa học càng chứng minh cho chúng ta thấy trên đời chẳng có gì là không thể bị uốn.
Mới đây nhất trong một nghiên cứu trên tạp chí Scicence, lần đầu tiên các nhà khoa học cho biết họ đã uốn cong được nước đá, hay các tinh thể băng nổi tiếng là cực kỳ giòn và cứng. Thông thường, bạn chỉ có thể đập vỡ một cục nước đá chứ không thể uốn cong được nó.
Nhưng các nhà khoa học vật liệu đã làm được, uốn một sợi nước đá mềm ra như sợi mì mà không làm chảy nó.
Các nhà khoa học Trung Quốc vừa tạo ra loại nước đá dẻo, uốn cong được
Nghiên cứu mới được thực hiện bởi các nhà khoa học đến từ Đại học Chiết Giang ở Hàng Châu, Trung Quốc. Trong đó, họ đã tạo ra một sợi băng mỏng cực kỳ hoàn hảo để thể hiện tính chất đàn hồi đến kinh ngạc.
Thông thường, nước đá ở dạng tinh thể băng có rất nhiều vết khuyết tật, chẳng hạn như các vết nứt và lỗ rỗng bên trong và trên bề mặt. Điều này khiến tinh thể băng rất giòn và chúng sẽ vỡ ra ngay khi bị ngoại lực tác động.
Nhưng trong những điều kiện đặc biệt, các nhà khoa học có thể tạo ra các tinh thể băng khắc phục được tất cả các vết khuyết tật đó. Chẳng hạn như tại Đại học Chiết Giang, họ đã tạo ra các sợi nước đá tinh khiết có kích thước nhỏ hơn 1/10 sợi tóc người bằng cách dẫn hơi nước vào một buồng điện nhỏ.
Buồng điện có một chốt bằng vật liệu volfram được nhiễm điện tới 2.000 volt để tạo ra điện trường hút hơi nước. Trong khi, các nhà khoa học đổ nito lỏng bên ngoài để hạ nhiệt độ của nó xuống từ -70oC đến -150oC. Hơi nước tinh khiết ở điều kiện này sẽ đóng băng thành các sợi hoàn hảo có đường kính 4,4 micromet trên đầu chốt volfram.
Ở nhiệt độ thấp cực đại, sợi băng hình thành có thể đạt được tới hệ số biến dạng 10.9%. Trong so sánh, hệ số biến dạng của nước đá thông thường chỉ là 0,3%. Điều này cho phép các nhà khoa học uốn sợi băng mỏng này thành một hình dạng gần như hình tròn, mà sau đó, nó vẫn đàn hồi được về dạng ban đầu.
Về mặt lý thuyết, các nhà khoa học cho biết hệ số đàn hồi của bằng có thể đạt tới mức 15%. Do đó, họ vẫn còn có thể cải thiện độ dẻo của băng trong thí nghiệm này hơn nữa.
Limin Tong, tác giả nghiên cứu mới tại Đại học Chiết Giang cho biết ông có ý tưởng làm ra những sợi băng dẻo khi nhìn vào ngành công nghiệp thủy tinh. Nếu như thủy tinh bình thường được dùng để làm ra những chiếc cốc và cửa sổ rất dễ vỡ, thủy tinh khi được cán dài và mỏng để làm thành sợi cáp quang lại rất dẻo và linh hoạt.
"Bằng cách đưa băng vào một quy trình xử lý phù hợp, nhóm nghiên cứu của Tong đã chứng minh được tiềm năng của vật liệu này, khiến nó đạt được đến mức độ toàn vẹn cơ học và chất lượng quang học cao giống với các vật liệu tinh thể giòn khác", Erland Schulson, một kỹ sư tại Đại học Dartmouth cho biết.
Các vi sợi được tạo ra từ hai loại băng khác nhau, mỗi loại có mật độ khác nhau, và các sợi không có các khuyết tật về cấu trúc giống như tinh thể nước đá thông thường. Cấu trúc bên trong của chúng được xây dựng từ các tinh thể đơn lẻ với các nguyên tử sắp xếp theo mô hình giống như tổ ong lặp đi lặp lại. Đây chính là bí quyết khiến chúng đạt được tới hộ hoàn hảo và không bị giòn hay vỡ vụn khi bị ngoại lực tác động.
"Ở trong sợi băng này không hề có ranh giới giữa các hạt, không hề có một vết nứt nào hay các đặc điểm hạn chế mức độ căng đàn hồi mà nó có thể chịu đựng", Schulson nói. Ngoài ra, sự hoàn hảo còn khiến cho toàn bộ mạng tinh thể của nó gần như trong suốt.
Vật liệu băng dẻo có thể truyền 99% ánh sáng qua nó.
Để kiểm tra khả năng dẫn truyền ánh sáng của sợi băng này, Tong và các đồng nghiệp của ông đã chiếu các tia laser vào một đầu của nó và đo được độ sáng ở đầu còn lại với tỷ lệ 99%. "Chúng có thể dẫn ánh sáng từ đầu này sang đầu bên kia", Tong nói. Và nó hoạt động giống hệt một sợi cáp quang.
Nhưng chắc chắn những sợi băng dẻo này sẽ không thay thế được thủy tinh trong các đường truyền internet khắp thế giới. Đó là bởi chúng sẽ tan chảy ngay ở nhiệt độ phòng giống như nước đá thông thường.
Mặc dù vậy, Tong cho biết các tinh thể băng dẻo có một ứng dụng rất hứa hẹn. Đó là chúng có thể đo được nồng độ các chất ô nhiễm trong không khí.
Khi bạn đưa đầu điện cực volfram vào một môi trường ô nhiễm, nó sẽ thu gom hơi nước ở xung quanh, đem theo các hạt vật chất và làm tinh thể băng hình thành không còn hoàn hảo như trong môi trường siêu sạch. Điều này sẽ khiến cho khả năng truyền ánh sáng của nó bị suy giảm, do các hạt bụi và vật chất ô nhiễm có thể hấp thụ hoặc làm ánh sáng trong sợi băng bị tán xạ.
Bằng cách đo tỷ lệ phản xạ chênh lệch này, Tong và các đồng nghiệp có thể dự đoán được không khí trong môi trường đang bị ô nhiễm ở mức độ nào. Đó là nguyên lý cho phép nhóm nghiên cứu bắt đầu chế tạo một thiết bị cảm biến siêu nhỏ và siêu nhạy từ các sợi băng dẻo của mình.
Thật là một nghiên cứu thú vị và đáng kinh ngạc.
