Các kỹ sư hóa học tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT - Massachusetts Institute of Technology) đã thành công tạo ra 1 loại vật liệu mới có tính chất cứng hơn thép nhưng lại nhẹ hơn nhựa. Vật liệu đặc biệt này mở ra những ứng dụng sáng tạo mới trong thiết bị phục vụ con người.
Được đặt tên là 2DPA-1, vật liệu polymer mới là thành quả của 1 bước đột phá khi các nhà nghiên cứu tại MIT tạo ra 1 polymer 2 chiều. Polymer 2 chiều (two-dimensional polymer hay 2DP) là 1 đại phân tử đơn phân dạng tấm (sheet-like monomolecular macromolecule), gồm các phân tử lặp kết nối với nhau ở tất cả các cạnh. Việc chuyển từ 1 chiều sang 2 chiều cho phép polymer mới có thể tăng diện tích bề mặt, tạo màng xốp hay liên hợp quỹ đạo pi trong mặt phẳng nhằm tăng cường các đặc tính điện tử. 2DP khác biệt với các họ polymer khác vì chúng có thể được phân lập dưới dạng tinh thể nhiều lớp hoặc các tấm riêng lẻ.
Các nhà phát triển của 2DPA-1 đã đăng ký 2 bằng sáng chế có thể cho phép sản xuất loại vật liệu này với số lượng lớn. Nếu mọi chuyện suôn sẻ, 2DPA-1 sẽ cách mạng hóa cách thức sản xuất lớp phủ nhựa (plastic coating) thông dụng hiện tại. Giáo sư Michael Strano của MIT (tác giả cao cấp của nghiên cứu) cho biết: “Chúng tôi thường không nghĩ rằng nhựa là thứ mà bạn có thể sử dụng để hỗ trợ 1 tòa nhà, nhưng với vật liệu này, bạn có thể tạo ra những thứ mới. Nó có những đặc tính rất khác thường và chúng tôi rất vui mừng vì điều đó”. Giáo sư cũng lưu ý rằng 2DPA-1 có thể sử dụng làm lớp phủ cho các vật dụng như phụ tùng xe hơi hay điện thoại di động.
Hóa ra các nhà khoa học cũng đôi lúc mắc phải sai lầm. Từ trước đến nay, sau nhiều thập kỷ nghiên cứu, họ kết luận rằng polymer không thể hình thành ở dạng 2 chiều, và 2DPA-1 chứng minh điều ngược lại. Các nhà nghiên cứu phát triển 1 thứ gọi là polyaramide, tự kết nối với nhau thành 1 tấm 2 chiều sau khi được bỏ vào 1 dung dịch đặc biệt. Việc tạo ra 1 lượng lớn polyaramide khá dễ khi chỉ cần gia tăng hợp chất melamine sử dụng để sản xuất ra nó.
2DPA-1 có nguyên tắc hình thành giống như băng dán xé velcro. Liên kết giữa 2 lớp velcro chắc chắn là nhờ rất nhiều vòng và móc cùng kết dính lại với nhau đồng thời. Vật liệu “siêu nhân” này có được độ bền siêu cao là nhờ các liên kết hydro. Các monomer (phân tử hình thành các đơn vị cơ bản cho polymer) của 2DPA-1 có nguồn gốc từ melamine, chất này tiếp tục phân hủy thành các nguyên tử carbon và nitrogen trong cấu trúc vòng, và hình thành các platelet khi phát triển ở dạng 2 chiều. Các lớp micro-platelet sẽ trượt để giữ chúng lại với nhau, và nhờ rất nhiều liên kết hydro giữa các lớp sẽ giúp chúng xếp chồng lên nhau đồng thời ở đúng vị trí.
Cấu trúc dạng tấm của 2DPA-1 giúp vật liệu polymer này mạnh hơn kính chống đạn đến 6 lần, đồng thời nếu muốn bẻ gãy nó sẽ phải cần lực gấp đôi so với lực bẻ gãy thép. Điều này mở ra rất nhiều ứng dụng mới khi 2DPA-1 được sản xuất đại trà số lượng lớn, có thể là thay thế cho thép cũng như sợi kevlar, hoặc cường hóa độ bền của những thiết bị điện tử quen thuộc trong cuộc sống hàng ngày.
Nguồn
Được đặt tên là 2DPA-1, vật liệu polymer mới là thành quả của 1 bước đột phá khi các nhà nghiên cứu tại MIT tạo ra 1 polymer 2 chiều. Polymer 2 chiều (two-dimensional polymer hay 2DP) là 1 đại phân tử đơn phân dạng tấm (sheet-like monomolecular macromolecule), gồm các phân tử lặp kết nối với nhau ở tất cả các cạnh. Việc chuyển từ 1 chiều sang 2 chiều cho phép polymer mới có thể tăng diện tích bề mặt, tạo màng xốp hay liên hợp quỹ đạo pi trong mặt phẳng nhằm tăng cường các đặc tính điện tử. 2DP khác biệt với các họ polymer khác vì chúng có thể được phân lập dưới dạng tinh thể nhiều lớp hoặc các tấm riêng lẻ.
Các nhà phát triển của 2DPA-1 đã đăng ký 2 bằng sáng chế có thể cho phép sản xuất loại vật liệu này với số lượng lớn. Nếu mọi chuyện suôn sẻ, 2DPA-1 sẽ cách mạng hóa cách thức sản xuất lớp phủ nhựa (plastic coating) thông dụng hiện tại. Giáo sư Michael Strano của MIT (tác giả cao cấp của nghiên cứu) cho biết: “Chúng tôi thường không nghĩ rằng nhựa là thứ mà bạn có thể sử dụng để hỗ trợ 1 tòa nhà, nhưng với vật liệu này, bạn có thể tạo ra những thứ mới. Nó có những đặc tính rất khác thường và chúng tôi rất vui mừng vì điều đó”. Giáo sư cũng lưu ý rằng 2DPA-1 có thể sử dụng làm lớp phủ cho các vật dụng như phụ tùng xe hơi hay điện thoại di động.
Hóa ra các nhà khoa học cũng đôi lúc mắc phải sai lầm. Từ trước đến nay, sau nhiều thập kỷ nghiên cứu, họ kết luận rằng polymer không thể hình thành ở dạng 2 chiều, và 2DPA-1 chứng minh điều ngược lại. Các nhà nghiên cứu phát triển 1 thứ gọi là polyaramide, tự kết nối với nhau thành 1 tấm 2 chiều sau khi được bỏ vào 1 dung dịch đặc biệt. Việc tạo ra 1 lượng lớn polyaramide khá dễ khi chỉ cần gia tăng hợp chất melamine sử dụng để sản xuất ra nó.
2DPA-1 có nguyên tắc hình thành giống như băng dán xé velcro. Liên kết giữa 2 lớp velcro chắc chắn là nhờ rất nhiều vòng và móc cùng kết dính lại với nhau đồng thời. Vật liệu “siêu nhân” này có được độ bền siêu cao là nhờ các liên kết hydro. Các monomer (phân tử hình thành các đơn vị cơ bản cho polymer) của 2DPA-1 có nguồn gốc từ melamine, chất này tiếp tục phân hủy thành các nguyên tử carbon và nitrogen trong cấu trúc vòng, và hình thành các platelet khi phát triển ở dạng 2 chiều. Các lớp micro-platelet sẽ trượt để giữ chúng lại với nhau, và nhờ rất nhiều liên kết hydro giữa các lớp sẽ giúp chúng xếp chồng lên nhau đồng thời ở đúng vị trí.
Cấu trúc dạng tấm của 2DPA-1 giúp vật liệu polymer này mạnh hơn kính chống đạn đến 6 lần, đồng thời nếu muốn bẻ gãy nó sẽ phải cần lực gấp đôi so với lực bẻ gãy thép. Điều này mở ra rất nhiều ứng dụng mới khi 2DPA-1 được sản xuất đại trà số lượng lớn, có thể là thay thế cho thép cũng như sợi kevlar, hoặc cường hóa độ bền của những thiết bị điện tử quen thuộc trong cuộc sống hàng ngày.
Nguồn