Siêu vật liệu mới ra đời: Vừa bền như kim loại, vừa dẻo như nhựa!

Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Mỹ vừa phát triển thành công một phương pháp sáng tạo để tạo ra một loại vật liệu mới từ cellulose vi khuẩn, có độ bền cao và khả năng ứng dụng đa dạng, hứa hẹn có thể thay thế nhựa trong nhiều lĩnh vực. Phát minh này mở ra một hướng đi mới cho việc sản xuất các vật liệu bền vững, thân thiện với môi trường.

Cellulose vi khuẩn - một loại polymer tự nhiên dồi dào và có khả năng phân hủy sinh học, từ lâu đã được xem là một ứng cử viên tiềm năng. Tuy nhiên, ở dạng tự nhiên, vật liệu này chưa đủ bền chắc để có thể thay thế nhựa trong nhiều ứng dụng.

Tấm vật liệu sinh học có độ bền kéo lên đến 553 MPa, vượt xa các vật liệu polymer thông thường

Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu do giáo sư Muhammad Maksud Rahman (Đại học Houston) dẫn dắt đã tìm ra một giải pháp vật liệu đột phá. Công trình của họ vừa được công bố trên tạp chí Nature Communications.

Loại vật liệu mới được tạo ra từ cellulose do vi khuẩn sinh ra, nhưng khác biệt ở chỗ các sợi cellulose không còn hình thành ngẫu nhiên mà được xếp thẳng hàng nhờ một hệ thống quay sinh học đặc biệt gọi là “bioreactor quay”.

“Chúng tôi phát triển một buồng nuôi cấy quay để điều hướng chuyển động của vi khuẩn trong lúc chúng tạo ra cellulose”, nhóm nghiên cứu cho biết.

Việc kiểm soát được hướng mọc giúp gia tăng đáng kể độ bền của vật liệu, đồng thời vẫn giữ được độ mềm, trong suốt và dễ gập như nhựa sinh học.

Kết quả thử nghiệm cho thấy, vật liệu mới có độ bền kéo lên tới 553 MPa (megapascal), vượt xa các vật liệu polymer thông thường.

Không chỉ bền hơn, nhóm nghiên cứu còn tích hợp thành công các lớp nano boron nitride, giúp vật liệu dẫn nhiệt nhanh gấp ba lần so với mẫu đối chứng, mở ra tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực điện tử, đóng gói nhiệt và lưu trữ năng lượng.

Khác với nhựa tổng hợp truyền thống vốn gây ô nhiễm vi mô và giải phóng các chất độc hại như BPA và phthalate, vật liệu mới có thể phân hủy sinh học hoàn toàn, đồng thời dễ dàng được tùy chỉnh cho nhiều mục đích sử dụng như bao bì, dệt may, vật liệu xây dựng, thiết bị điện tử xanh và pin.

Với khả năng ghi nhớ hình dạng và tự biến đổi khi được kích thích bằng nhiệt, loại vật liệu tinh thể lỏng mới này mở ra hàng loạt ứng dụng trong tương lai. Một trong những hướng triển khai được kỳ vọng là robot mềm, những cỗ máy linh hoạt có thể bò, trườn, chui qua các khe hẹp mà không cần cơ cấu máy móc phức tạp.

Ngoài ra, vật liệu mới này hứa hẹn ứng dụng trong các thiết bị điện tử có thể uốn cong, cảm biến thông minh và những cấu trúc tự triển khai trong không gian.