Vật liệu dẻo mới có khả năng chịu lực nén siêu lớn. Ảnh: Zehuan Huang
Dù chứa lượng nước cao, vật liệu mềm nhưng siêu bền mới được tạo ra bởi nhóm nghiên cứu ở Đạ⛦i học Cambridge, có hình dáng giống đồ chơi dẻo nhưng hoạt động giống kính chống vỡ siêu cứng khi bị nén mạnh. Thành phần không phải nước trong vật liệu là một mạng lưới polymer gắn kết nhờ các tác động có thể đảo ngược, giúp kiểm soát đặc điểm cơ học của nó. Đây là lần đầu tiên khả năng chịu lực nén tốt được phát triển ở vật liệu mềm.
Vật liệu siêu dẻo có thể sử dụng trong hàng loạt ứng dụng tiềm năng, bao gồm robot mềm, thiết bị điện tử sinh học, thậm chí thay thế sụn trong lĩnh vực y sinh. Các nhà nghiên cứu mô tả vật liệu trên tạp chí Nature Materials hôm 25/11. Cách vật liệu hoạt động (mềm, rắn, giòn hoặc cứng) phụ thuộc vào cấu trúc phân tử của chúng. Hydrogel có thể kéo giãn giống cao su có nhiều đặc điểm thú vị biến chúng thành đối tượng nghiên cứu phổ biến. Tuy nhiên, t🍌ạo ra hydroꦰgel có thể chịu lực nén mà không bị nghiền nát là một thách thức đối với giới nghiên cứu.
"Để cho ra đời vật liệu với ♉đặc điểm cơ học mong muốn, chúng tôi sử dụng kỹ thuật liên kết ngang, trong đó hai phân tử kết hợp thông qua liên kết hóa học", tiến sĩ Zehuan Huang đến từ Khoa Hóa học Yusuf Hamied thuộc Đại học Cambride, đồng tác giả nghiên cứu, cho biết. "Chúng tôi sử dụng liên kết ngang có thể đảo ngược để tạo ra hydrogel mềm co giãn, nhưng phát triển hydrogel cứng chịu được lực nén rất khó. Ý tưởng thiết kế vật liệu với những đặc điểm này hoàn toàn ngược đời".
Làm việc tại phòng thí nghiệm của giáo sư Oren Scherman, trưởng nhóm nꦐghiên cứu, Huang và cộng sự sử dụng phân tử hình trụ gọi là cucurbituril để tạo hydrogel chịu lực nén. Cucurbituril là phân tử liên kết ngang, giam giữ hai phân tử khác trong lỗ hổng của nó giống như chiếc vòng tay. Nhóm nghiên cứu thiết kế phân tử bị giam giữ để chúng ở trong lỗ hổng lâu hơn bình thường. Nhờ đó, mạng lưới polymer có thể duy trì liên kết chặt chẽ và chịu được lực nén.
Theo tiến sĩ Jade McCune ở Khoa Hóa học, đồng tác giả nghiên cứu, khả năng chịu lực nén của vật liệu có thể dễ dàng kiểm soát thông qua thay đổi cấu trúc khóa học của phân tử bị gia♛m giữ. Để phát triển hydrogel giống kính, nhóm nghiên cứu lựa chọn loại phân tử đặc biệt. Biến đổi cấu trúc phân tử bên trong "còng tay" giúp làm chậm động lực của vật liệu. Hiệu suất cơ học của sản phẩm hydrogel cuối cùng thay đổi từ trạng thái giống cao su thành giống kính. Các nhà nghiên cứu sử dụng vật liệu để tạo cảm biến áp suất hydrogel nhằm theo dõi chuyển động của con người theo thời gian thực, bao gồm đứng, đi và nhảy. Nhóm nghi🃏ên cứu đến từ phòng thí nghiệm Scherman đang tiếp tục làm việc để phát triển thêm vật liệu giống kính dùng trong y sinh và điện tử sinh học thông qua hợp tác với những chuyên gia về kỹ thuật và khoa học vật liệu.
An Khang (Theo Phys.org)