Với sự giúp đỡ của các nhà nghiên cứu từ Đại học Martin Luther Halle-Wittenberg ở Sachsen-Anhalt, các chuyên gia từ Bayreuth, Nanchang và Zurich đã tìm cách sản xuất sợi polyme độc đáo. Các loại sợi này khác biệt nhờ tính đàn hồi và rất nhẹ. Các nhà nghiên cứu cho biết chúng có nhiều công dụng tiềm năng, bao gồm cả trong ngành công nghiệp ô tô.
Trường Đại học Martin Luther Halle-Wittenberg (MLU) cho biết sẽ không thể hiểu được các đặc tính độc đáo của sợi siêu polyme nếu không có các nhà khoa học của họ. Nhóm Nghiên cứu Thiết kế Vật liệu dựa trên Cấu trúc Vi mô tại Viện Vật lý, do Giáo sư Ralf Wehrspohn dẫn đầu, đã sử dụng một thiết bị được gọi là ZEISS Xradia 810 Ultra. Đây là hình thức chụp cắt lớp vi tính tia X ba chiều có độ phân giải cao có thể xác định đặc điểm của các sợi.
Công nghệ này cho phép các nhà khoa học tạo ra hình ảnh 3D một cách chi tiết cho các mẫu nhỏ. Khi các nhà nghiên cứu mô hình hóa các sợi, lần đầu tiên họ thấy rằng các sợi trong mỗi sợi riêng lẻ hầu như luôn được sắp xếp cùng một hướng theo chiều dài.
Tiến sĩ Juliana Martins de Souza e Silva – Trưởng nhóm về kính hiển vi điện tử tia X tại MLU và là ứng viên cổ đông trong nhóm nghiên cứu của Giáo sư Wehrspohn, giải thích hình ảnh 3D hiển thị cùng với những phát hiện khác: “Chỉ khi kết hợp có định hướng dạng sợi cao phân tử nhờ kéo dài và tôi luyện với một lượng poly bisazide nhất định như một phân tử liên kết với nhau mới tạo ra độ bền và độ dẻo dai cao cũng như mức độ kết tinh cao trong một vật liệu nhẹ. “
Cực kỳ bền chắc
Các loại sợi có thành phần hóa học polyacrylonitrile, có khả năng đàn hồi và độ bền kéo rất cao đồng thời cực kỳ nhẹ. Một sợi riêng lẻ có đường kính khoảng 0,04 mm bao gồm tới 4000 sợi siêu mỏng. Các nhà nghiên cứu cho biết thêm, chất phụ giahay phân tử kết nối, liên kết các sợi cho kết quả tốt. Tuy nhiên, chất phụ gia không chỉ giúp làm cho vật liệu bền chắc, mà thực tế có thể kết hợp được với sự định hướng của nhiều sợi nhờ quá trình xử lý nhiệt và dãn cơ học trong quá trình sản xuất. Để so sánh, một sợi riêng lẻ không dày hơn sợi tóc người và nặng hơn ruồi giấm nhưng vẫn có thể nâng được trọng lượng 30g.
Nhóm nghiên cứu cho biết, có rất ít vật liệu tổng hợp kết hợp độ bền cao với độ dẻo dai như vậy. Các nhà khoa học từ Halle đã làm chủ được những thách thức công nghệ quan trọng này cùng với các nhà nghiên cứu từ Đại học Bayreuth, Trung tâm Nghiên cứu Jülich và các đối tác khác ở Đức, Trung Quốc và Thụy Sĩ. Các sợi polyme do họ sản xuất chịu được sự biến dạng và đứt gãy vì chúng có thể kéo giãn và sau đó trở lại hình dạng ban đầu, nhờ đó chúng có thể hấp thụ nhiều năng lượng. Martins de Souza e Silva cho biết: “Ngoài trọng lượng nhẹ, các sợi này rất độc đáo vì cho đến nay rất khó để kết hợp độ bền cao với độ dẻo dai cao trong một chất liệu”.
Nhiều công dụng tiềm năng
Do các đặc tính độc đáo của chúng, các sợi thích hợp để sử dụng trong các bộ phận kỹ thuật chịu tải trọng cao. Ví dụ, chúng có thể được sử dụng làm vật liệu cho dù và đồ bảo hộ trong ngành dệt may hoặc làm gân và dây chằng nhân tạo, vật liệu sửa chữa mô hoặc chỉ khâu phẫu thuật trong kỹ thuật y tế. Martins de Souza e Silva giải thích rằng chúng có thể được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ cũng như ngành công nghiệp ô tô, nơi chúng có thể được sử dụng trong sản xuất lốp xe chống mài mòn và các bộ phận xe khác, giúp giảm trọng lượng của xe. Tuy nhiên, một lợi ích khác của sợi là chúng có thể tái chế.
Các nhà khoa học tin rằng vật liệu này có thể được phát triển thêm. “Các loại sợi của chúng tôi sử dụng một nguyên tắc thiết kế sáng tạo cũng sẽ cho phép sản xuất các loại sợi bền và dai tương tự từ các polyme tiêu chuẩn khác. Do đó, sự kết hợp khác nhau của các polyme và các phân tử liên kết có thể dẫn đến việc tạo ra các vật liệu mới”, họ nói. Tuy nhiên, hiện tại, các sợi polyme do nhóm nghiên cứu phát hiện có thể được chế tạo đơn giản bằng cách sử dụng các quy trình công nghệ cao được thiết lập trong lĩnh vực này. Martins de Souza e Silva cho biết: “Chúng tôi hy vọng rằng sợi của chúng tôi sẽ sớm được đưa vào sử dụng thực tế trong ngành công nghiệp”.
