Đột phá từ bài toán vật liệu hàng không
Nhóm nghiên cứu do PGS.TS. Ngô Trịnh Tùng (Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) chủ trì đã triển khai đề tài chế tạo vật liệu polymer nanocompozit trên nền epoxy, định hướng ứng dụng trong ngành hàng không (NĐT/AT/22/22). Đây là nhiệm vụ khoa học cấp Nhà nước trong khuôn khổ hợp tác với Cộng hòa Áo.
Điểm nổi bật của nghiên cứu nằm ở cách tiếp cận đa giải pháp để nâng cao tính năng vật liệu. Nhóm đã sử dụng nền epoxy loại nhựa kỹ thuật có độ bền cao kết hợp với các vật liệu kích thước nano như ống nano cacbon để gia cường, giúp tăng độ cứng và khả năng chịu lực.
Song song, các hợp chất silane được sử dụng để xử lý bề mặt, đóng vai trò "cầu nối" giữa các thành phần trong vật liệu, giúp tăng độ liên kết và hạn chế hiện tượng tách lớp khi chịu tải. Bề mặt các lớp sợi gia cường, đặc biệt là sợi aramid vốn nổi tiếng với độ bền và độ dai cao cũng được xử lý nhằm tăng độ bám dính với nhựa nền.
Chú thích ảnh
Đáng chú ý, nhóm nghiên cứu đã thiết kế vật liệu lai bằng cách kết hợp nhiều loại sợi gia cường có tính chất khác nhau. Nếu sợi cacbon nổi bật về độ cứng và độ bền kéo, thì sợi aramid lại có ưu thế về khả năng chịu va đập. Việc bố trí các lớp sợi theo cấu trúc hợp lý giúp tận dụng ưu điểm của từng loại, tạo ra vật liệu vừa bền, vừa dẻo dai.
Thông số kỹ thuật ấn tượng, tiệm cận tiêu chuẩn quốc tế
Kết quả thử nghiệm cho thấy vật liệu đạt độ bền kéo lên tới 534,18 MPa, độ bền uốn 327,32 MPa, mô đun đàn hồi 72,38 GPa và độ bền va đập 127,73 kJ/m². Đặc biệt, vật liệu có khả năng chịu mỏi động vượt trên 1 triệu chu kỳ ở mức 70% độ bền kéo – một chỉ số quan trọng đối với các kết cấu chịu tải lặp trong hàng không.
Ngoài ra, sau 52 chu kỳ thử nghiệm lão hóa theo tiêu chuẩn quốc tế, vật liệu vẫn duy trì tới 96,25% tính chất ban đầu, cho thấy độ ổn định cao trong điều kiện môi trường khắc nghiệt.
Với tỷ trọng chỉ khoảng 1,523 g/cm³, thấp hơn đáng kể so với kim loại truyền thống, vật liệu này giúp giảm khối lượng kết cấu mà vẫn đảm bảo độ bền cần thiết – yếu tố then chốt trong thiết kế máy bay.
Trên cơ sở kết quả nghiên cứu, vật liệu đã được ứng dụng thử nghiệm để chế tạo thân vỏ máy bay không người lái PELICAN VB01. Sản phẩm có khối lượng dưới 2 kg nhưng vẫn đáp ứng các yêu cầu cơ lý, cho thấy tiềm năng ứng dụng rõ rệt trong thực tế.
Không dừng lại ở một sản phẩm cụ thể, thành công này còn góp phần hiện thực hóa định hướng phát triển công nghệ chiến lược của Việt Nam, đặc biệt trong bối cảnh nhu cầu tự chủ công nghệ ngày càng cấp thiết.
Theo PGS.TS. Ngô Trịnh Tùng, mục tiêu của nghiên cứu không chỉ là tạo ra một loại vật liệu mới mà quan trọng hơn là xây dựng nền tảng công nghệ vật liệu tiên tiến trong nước. "Nếu được đầu tư đúng hướng, Việt Nam hoàn toàn có thể làm chủ các vật liệu chiến lược, phục vụ ngành hàng không và nhiều lĩnh vực công nghệ cao khác", ông nhấn mạnh.
Trong quá trình thực hiện, sự hợp tác với đối tác Áo đã giúp nhóm nghiên cứu tiếp cận các kỹ thuật tiên tiến như đánh giá độ bền mỏi động và công nghệ gia cường cấu trúc 3D. Đây là những yếu tố quan trọng để phát triển các vật liệu compozit thế hệ mới.
Thành công của đề tài không chỉ chứng minh năng lực nghiên cứu trong nước mà còn mở ra cơ hội giảm phụ thuộc vào vật liệu nhập khẩu, qua đó nâng cao năng lực cạnh tranh quốc gia. Trong dài hạn, vật liệu compozit tính năng cao có thể được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như quốc phòng, an ninh, năng lượng và công nghiệp chế tạo.
