Ai cũng biết rằng thép rất cứng. Nhờ đặc tính này, kết hợp với việc dễ sản xuất và giá thành hợp lý, thép xuất hiện ở khắp nơi trong cuộc sống thường nhật của con người hiện đại chúng ta.
Tuy vậy, thép cùng một số kim loại phổ thông khác không cứng như chúng ta vẫn tưởng. Lý do là vì cách sắp xếp các nguyên tử của chúng chưa phải là tối ưu. Mặc dù kiểu kết cấu kim loại giúp thép, nhôm hay titan cứng và có thể uốn được, nhưng chỉ cần lực tác động vào đúng chỗ và với thời gian đủ dài, kết cấu sắp xếp các nguyên tử kim loại sẽ bị xê dịch và giảm sút đáng kể độ cứng cáp của chúng. Lấy titan làm ví dụ, kim loại này sẽ cứng hơn 10 lần nếu chúng có kết cấu sắp xếp nguyên tử lý tưởng.
Trái lại, gỗ có cách sắp xếp nguyên tử rất lý tưởng. Thành phần chính của gỗ là cellulose, về bản chất chỉ là một loại bột mềm. Nhưng với sự sắp xếp kỳ diệu của Mẹ thiên nhiên, thứ bột nhão nhoét vô dụng ấy lại biến thành những phiến gỗ vừa chắc chắn vừa nhẹ. Và thực tế thì gỗ là một trong những vật liệu xây dựng chính của con người từ xưa tới nay.
Một mẩu "gỗ kim loại" dưới kính hiển vi.
Lấy cảm hứng từ cách sắp xếp các phân tử gỗ, các nhà khoa học đến từ Ngành Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng trường Đại học Pennsylvania, trường Đại học Illinois ở Urbana–Champaign, và trường Đại học Cambridge, đã tiến hành một nghiên cứu để xem có thể sắp xếp lại các nguyên tử kim loại theo kết cấu dạng lỗ rỗng của gỗ được hay không.
Đầu tiên, họ cho các quả cầu nhựa có kích thước vài trăm nanomet vào lơ lửng trong nước. Nước sau đó bay hơi, và các quả cầu biến thành dạng tinh thể có cấu trúc hình học rất tinh xảo. Sau đó người ta sử dụng công nghệ mạ điện dùng một lớp crôm mỏng và thế là khoảng trống giữa các quả cầu được điền đầy các phân tử niken.
Nhựa sau đó bị dung môi hòa tan, và thứ còn lại là mạng lưới các thanh chống kim loại với độ rỗng khoảng 70% - khiến nó đủ nhẹ để nổi lên trên mặt nước.
Hiện tại nhóm nghiên cứu phải mất khoảng một ngày để sản xuất một mảnh gỗ kim loại có kích cỡ tem bưu chính. Giá thành chế tạo cũng rất đắt đỏ. Tuy nhiên, các nhà khoa học đang tìm cách phát triển một hệ thống thiết bị cho phép sản xuất số lượng lớn, giúp giảm giá thành sản phẩm. Nếu có thể mở rộng quy trình một cách hiệu quả, tiềm năng sử dụng loại vật liệu này là rất cao.
Vật liệu mới được dự đoán sẽ là cuộc cách mạng trong thiết kế sản phẩm. |
|
Các kiến trúc sư có thể sử dụng nó để thiết kế các tòa nhà siêu bền, trong khi nhà sản xuất thiết bị điện tử có thể chế tạo vỏ máy bền hơn mà không khiến nặng hơn.
Với các nhà nghiên cứu, họ có thể biến đổi vật liệu mới thành pin sạc siêu nhẹ. Điều này được dự đoán sẽ là cuộc cách mạng cho ngành công nghiệp máy bay không người lái dân dụng (flycam) vốn rất nhạy cảm với trọng lượng pin.
Timothy J. Rupert, phó Giáo sư khoa học vật liệu và kỹ thuật tại Đại học California còn nhận thấy những ứng dụng tiềm năng cho gỗ kim loại trong vận chuyển. Hãy tưởng tượng một chiếc xe có cùng tiêu chuẩn an toàn được sử dụng ngày nay nhưng trọng lượng nhẹ hơn rất nhiều.
Ngoài ra, gỗ kim loại có thể cho phép chế tạo xe điện đi xa hơn trong một lần sạc, loại bỏ một trong những vấn đề chính gây khó khăn trong việc sử dụng phương tiện này.
* Mời quý độc giả theo dõi các chương trình đã phát sóng của Đài Truyền hình Việt Nam trên TV Online!