Pin It
Skip to main content

Tuổi của các vật liệu mới:Tương lai là gì?

Trong suốt lịch sử, vật liệu và tiến bộ trong công nghệ vật chất đã ảnh hưởng đến nhân loại. Bây giờ chúng ta có thể đang trên bờ vực của sự thay đổi tiếp theo trong loại công nghệ này, cho phép các sản phẩm và chức năng chúng tôi không bao giờ tin tưởng có thể. Đóng góp bởi Sandvik Coromant

Nhu cầu từ ngành công nghiệp đòi hỏi vật liệu đó phải nhẹ hơn, cứng cáp hơn, mỏng hơn, dày hơn và linh hoạt hơn hoặc cứng nhắc, cũng như chịu được nhiệt và chống mài mòn. Đồng thời, các nhà nghiên cứu đang đẩy ranh giới của những gì chúng ta tưởng tượng là có thể, tìm kiếm để cải tiến và nâng cao chất liệu hiện có và đồng thời đưa ra các vật liệu hoàn toàn mới, trong khi hàng năm qua việc sử dụng hàng ngày, đưa chúng ta giảm các con đường công nghệ hoàn toàn mới.

tuoi-cua-cac-vat-lieu-moi-1

Giới hạn của bầu trời

Dựa trên nghiên cứu mà chúng ta đang thấy ngày nay, lĩnh vực khoa học ứng dụng đã được định hướng theo những hướng mới, gần như khoa học viễn tưởng. Sự khan hiếm tài nguyên hiện nay đang đòi hỏi những đổi mới và tư duy tiên tiến. Về mặt vật liệu, vật liệu composite có các thuộc tính mong muốn như trọng lượng nhẹ, độ bền cao và độ bền cao có thể chiếm thị phần lớn hơn, và nhiều vật liệu này có thể sẽ dựa trên các nguồn tái tạo vì nhu cầu này sẽ lớn hơn.

Viên ngọc hứa hẹn nhất trong lĩnh vực này là graphene.

Graphene là một đơn nguyên dày (gấp 1 triệu lần so với sợi tóc của con người) nhưng gấp 200 lần trọng lượng của thép, cực kỳ linh hoạt, siêu nhẹ và gần như trong suốt với tính dẫn nhiệt và dẫn điện cao. Đó là những thứ huyền thoại được làm bằng.

Trên thực tế, các nhà nghiên cứu tại Đại học Nankai ở Thiên Tân, Trung Quốc, gần đây đã phát hiện ra rằng một sợi graphene có thể biến ánh sáng thành năng lượng, do đó đưa nhân loại tiến gần hơn đến một phi thuyền không nhiên liệu, một loại chạy bằng ánh sáng mặt trời.

Tiêu đề cho Cuộc Cách mạng Graphene

Graphene đã được phát hiện gần như vô tình khi các giáo sư Andre Geim và Kostya Novoselov tại Đại học Manchester ở Anh thử nghiệm với bút chì và băng keo vào năm 2004. Năm 2010, Geim và Novoselov đã giành được giải Nobel về vật lý cho nghiên cứu graphene của họ và Liên minh châu Âu sau đó đã cam kết 1 tỷ euro để tài trợ Graphene Flagship, một sáng kiến ​​nghiên cứu nhằm thúc đẩy sự phát triển của các ứng dụng thương mại.

Các lĩnh vực ứng dụng tiềm năng bao gồm lọc nước và lưu trữ năng lượng cho hàng gia dụng, máy tính và các thiết bị điện tử khác. Trong khi đó, mặc dù các bằng sáng chế liên quan đến graphene đang tăng lên hàng nghìn, việc áp dụng rộng rãi graphene trong công nghiệp bị hạn chế bởi chi phí sản xuất ra nó – nhưng có thể sẽ thay đổi. Các nhà nghiên cứu ở Đại học Glasgow đã tìm ra cách để sản xuất một tấm graphene lớn với giá rẻ hơn 100 lần so với phương pháp sản xuất trước đó.

Da tổng hợp, có khả năng cung cấp phản hồi cảm quan cho những người có bộ phận giả chân tay, là một trong nhiều khả năng có thể phát triển vượt ra khỏi sự phát triển này. Tiến sĩ Ravinder Dahiya, người đứng đầu nhóm nghiên cứu tại Đại học University of Wisconsin, cho biết: “Graphene có thể giúp tạo ra bề mặt dẫn điện siêu mềm, có thể cung cấp cho người ta những thiết bị giả tạo có khả năng cung cấp cảm giác theo cách không thể cho những bộ phận giả cơ bản tiên tiến nhất hiện nay” Glasgow.

Cái chết của kim loại?

Kim loại đã thống trị ngành công nghiệp, xác định toàn bộ các giai đoạn của lịch sử nhân loại. Việc sử dụng lâu dài như vậy đã tạo ra nhiều thông tin và chuyên môn, nhưng các nhà khoa học và các nhà nghiên cứu tiếp tục làm việc để mở rộng ranh giới của các tài liệu này. Các vật liệu nano nổi bật trong nghiên cứu này, tăng cường kim loại và mở ra các lĩnh vực ứng dụng mới. Sự phát triển của các vật liệu nano ma trận kim loại – vật liệu composite mà một phần gồm các ống nano cacbon hoặc hạt nano – có thể mở ra một kỷ nguyên mới trong việc giảm trọng lượng trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, với sức mạnh và độ cứng thêm.

tuoi-cua-cac-vat-lieu-moi-2

Tính năng tự phục hồi

Nghiên cứu Nanocomposite đang mở ra khả năng của vật liệu tự sửa chữa, rất nhiều cách mà cơ thể con người tự lành. Các nhà nghiên cứu tại Học viện Hệ thống Vật liệu Tự trị của Đại học Beckman thuộc Đại học Illinois ở Hoa Kỳ đang nghiên cứu các vật liệu sợi tổng hợp có tính chất tự phục hồi liên quan đến việc tích hợp các tác nhân chữa bệnh được giải phóng để hòa trộn và trùng hợp khi phát hiện ra một khuyết tật.

Nhà vật liệu Mark Miodownik nói: “Vật liệu tự lành sẽ đến”. Hiện tại, những gì về mặt kỹ thuật có thể là không hợp lý về mặt kinh tế, nhưng khả năng sửa chữa bất cứ thứ gì bay, từ cánh máy bay sang khung xe đạp đến các bộ phận xe hơi quan trọng đến sự an toàn của xe và hành khách, đang ở trên đường chân trời. Và nó sẽ có tác động lớn đến sự phát triển sản phẩm, chu kỳ sống và tính bền vững. Các nhà nghiên cứu thậm chí còn làm việc trên các vật liệu sẽ cho phép một con đường để sửa chữa chính nó thay vì chờ đợi một đội ngũ bảo trì quá tải, thiếu nhân công.

Thiên nhiên vượt trội hơn

Trong hàng ngàn năm, khoa học vật liệu tiến lên phía trước thông qua một loạt các phát hiện ngẫu nhiên các vật liệu tồn tại trong tự nhiên. Ngày nay, các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm cái gì trong thế giới tự nhiên, kết hợp nhiều vật liệu thông thường hoặc các bộ phận của vật liệu và tập trung vào cấu trúc hoặc mô hình vốn có, để tạo ra các tài sản không tồn tại trong tự nhiên – hoặc ít nhất cũng chưa được khám phá ra.

Một sự phát triển như vậy là sự sắp xếp của các gợn sóng được xây dựng để giống với da của cá mập. Micropattern, có tên Sharklet, bảo vệ chống lại việc chứa đựng và lây truyền vi khuẩn và đang được phát triển để sử dụng trong bệnh viện và các cơ sở chăm sóc sức khoẻ.

Một phát triển tài liệu khác bao gồm sự vô hình. Các nhà vật lý ở một số nước đang nghiên cứu các siêu vật liệu hứa hẹn làm cho vật thể không nhìn thấy được bằng cách che giấu chúng bằng một vật liệu có thể uốn cong bức xạ điện từ như ánh sáng xung quanh vật thể, tạo ra ảo tưởng rằng nó không thực sự ở đó.

Tính bền vững

Khoa học vật liệu và phát triển các vật liệu mới, cũng như cải tiến các vật liệu hiện có, dường như đóng một vai trò quan trọng trong các lĩnh vực như khan hiếm tài nguyên và tính bền vững. Các vật liệu mới – ví dụ như vật liệu xây dựng hấp thụ ánh sáng – có thể giúp chống nóng lên toàn cầu.

Chúng ta dường như đang trên bờ vực của một thời kỳ mới, một đặc trưng không chỉ được mô tả bằng kỹ thuật số hoá và Internet of Things mà còn quan trọng là những tài liệu mới – những tài liệu có thể làm cho tương lai của chúng ta dễ dàng, an toàn hơn và bền vững hơn. Bầu trời thực sự là giới hạn.

Nguồn:Tạp chí Equipment news

Comments

comments