Các nhà khoa học tại Đại học Cambridge đã phát triển một loại vật liệu mềm mới có khả năng chịu đựng được các lực khủng khiếp. Được mô tả là "siêu thạch", loại hydrogel mới lạ này sử dụng một loại cấu trúc bên trong độc đáo được ví như còng phân tử để phản ứng với lực nén bằng cách chuyển sang trạng thái giống như thủy tinh, giúp nó có thể bị ô tô chạy qua mà không bị nghiền nát.
Hydrogel từ lâu đã được các nhà khoa học vật liệu quan tâm. Hàm lượng nước cao của chúng làm cho chúng phù hợp để sử dụng trong cơ thể con người, đồng thời mang lại cho chúng đặc tính co giãn và tự phục hồi để có thể được sử dụng trong robot, công nghệ kính áp tròng, mô nhân tạo và chữa lành vết thương. Và các tác giả của nghiên cứu mới này đã tìm cách mở rộng những khả năng trên, bằng cách điều chỉnh cấu trúc phân tử bên dưới vật liệu.
"Để tạo ra các vật liệu có các đặc tính cơ học mong muốn, chúng tôi sử dụng các liên kết chéo, nơi hai phân tử được nối với nhau thông qua một liên kết hóa học", Tiến sĩ Zehuan Huang, tác giả đầu tiên của nghiên cứu cho biết. "Chúng tôi sử dụng các chất liên kết ngang có thể đảo ngược để tạo ra hydrogel mềm và co giãn, nhưng việc tạo ra một hydrogel cứng và có thể nén được rất khó và việc thiết kế một vật liệu với những đặc tính này là hoàn toàn trái ngược với trực quan."
Để đạt được điều này, các nhà khoa học đã chuyển sang nghiên cứu các phân tử hình thùng được gọi là cucurbiturils, thứ có khả năng "còng" các cặp phân tử khác lại với nhau bên trong khoang của nó. Sau đó, họ sử dụng các phân tử được thiết kế đặc biệt để ở bên trong khoang này lâu hơn bình thường, có tác dụng giữ cho mạng liên kết chặt chẽ và cho phép nó thay đổi từ trạng thái giống như cao su sang trạng thái giống như thủy tinh siêu cứng, chống vỡ.
Theo nhóm nghiên cứu, điều này giúp "siêu thạch" có thể chịu được lực tương đương với một con voi đứng trên đó mà không bị đè bẹp. Và vì không có con voi nào trong tay, nhóm nghiên cứu đưa vật liệu vào quá trình thử nghiệm bằng cách để một chiếc ô tô chạy qua, nhằm chứng minh nó có thể trở lại hình dạng ban đầu.
Thử nghiệm độ bền của "Siêu thạch"
"Với hàm lượng 80% là nước, bạn sẽ nghĩ nó sẽ vỡ ra như một quả bóng nước. Nhưng không phải vậy: Nó vẫn nguyên vẹn và chịu được lực nén rất lớn", Giáo sư Oren A. Scherman, người đứng đầu cuộc nghiên cứu cho biết. "Các đặc tính của hydrogel dường như trái ngược với nhau."
Các nhà khoa học cũng sử dụng vật liệu mới này để chế tạo một cảm biến áp suất cho các chuyển động của con người, chẳng hạn như đứng, đi bộ và nhảy. Hiện họ đang tiếp tục phát triển vật liệu này với mục đích thích ứng với các ứng dụng y sinh học, chẳng hạn như thay thế sụn và robot mềm.
Tiến sĩ Huang nói: "Theo hiểu biết của chúng tôi, đây là lần đầu tiên hydrogel giống như thủy tinh được tạo ra. Đây là một chương mới trong lĩnh vực vật liệu mềm hiệu suất cao."
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Materials.
Tham khảo NewAtlas
