Phát minh của châu Âu làm rung chuyển ngành xây dựng: tạo vật liệu lai giữa thủy tinh và nhựa, thách thức mọi lý thuyết vật lý

Các nhà khoa học tại Đại học Wageningen & Nghiên cứu (WUR, Hà Lan) vừa công bố một phát hiện có thể làm thay đổi cách con người hiểu và sử dụng vật liệu polymer. Nhóm nghiên cứu đã phát triển thành công một loại vật liệu hoàn toàn mới mang tên compleximer, thách thức những quy luật lâu đời trong khoa học vật liệu về mối quan hệ giữa độ bền, khả năng gia công và tính giòn.

Trong nhiều thập kỷ, giới khoa học mặc định rằng các vật liệu có cấu trúc “giống thủy tinh” nếu dễ nóng chảy, dễ tạo hình thì thường đi kèm với độ giòn cao, dễ vỡ khi chịu va đập.

Ngược lại, các vật liệu bền, chịu lực tốt như nhựa kỹ thuật lại khó gia công và tái định hình. Tuy nhiên, compleximer đã phá vỡ logic tưởng như bất biến này. Vật liệu có màu hổ phách này vừa có khả năng chống va đập mạnh mẽ như nhựa , vừa có thể được thổi, uốn và tạo hình như thủy tinh khi gia nhiệt.

Theo Giáo sư Jasper van der Gucht, trưởng nhóm nghiên cứu, điểm đột phá nằm ở cấu trúc liên kết ở cấp độ phân tử. Thay vì sử dụng các liên kết chéo hóa học bền vững – vốn “khóa cứng” các chuỗi polymer với nhau như trong nhựa truyền thống – compleximer dựa vào lực hút vật lý giữa các điện tích trái dấu.

Cụ thể, trong mỗi chuỗi phân tử, một nửa mang điện tích dương và nửa còn lại mang điện tích âm. Các phần này hút nhau giống như những nam châm siêu nhỏ, tạo thành một mạng lưới liên kết linh hoạt nhưng đủ chắc chắn.

Cơ chế này tạo ra một khác biệt quan trọng: lực hút điện tích hoạt động trên khoảng cách lớn hơn so với liên kết hóa học, để lại nhiều “khoảng trống” hơn giữa các chuỗi phân tử. Chính không gian linh hoạt ở cấp độ vi mô này cho phép vật liệu vừa dễ biến dạng ở nhiệt độ cao, vừa có khả năng hấp thụ năng lượng khi va đập mà không bị vỡ. Điều này đi ngược lại những quan sát trước đây đối với các vật liệu tích điện như chất lỏng ion, vốn thường có hành vi khó kiểm soát và kém ổn định.

Không chỉ mang ý nghĩa học thuật, compleximer còn mở ra những triển vọng ứng dụng rất thực tế. Do các chuỗi phân tử không bị khóa chặt bằng liên kết hóa học vĩnh viễn, vật liệu này có khả năng tự phục hồi. Một vết nứt trên tấm lợp, đồ nội thất ngoài trời hay linh kiện tiêu dùng có thể được “sửa chữa” đơn giản bằng cách làm nóng nhẹ, chẳng hạn bằng máy sấy tóc, để các liên kết điện tích tái hình thành.

Ở góc độ môi trường, nhóm nghiên cứu nhìn nhận đây là bước đệm cho các vật liệu bền vững hơn. Hiện tại, compleximer vẫn được tạo ra từ nguyên liệu có nguồn gốc hóa thạch. Tuy nhiên, theo ông Wouter Post, nhà nghiên cứu cao cấp về công nghệ nhựa bền vững tại WUR, phát hiện này mở ra hướng tiếp cận hoàn toàn mới: thay vì chỉ tập trung vào tái chế, các nhà khoa học có thể thiết kế những loại nhựa vừa dễ sửa chữa, vừa có khả năng phân hủy sinh học nhanh.

Trong những năm tới, Giáo sư Van der Gucht cho biết ưu tiên của nhóm là phát triển các phiên bản compleximer có nguồn gốc sinh học. Nếu thành công, vật liệu “bất khả thi” này không chỉ là một cột mốc khoa học, mà còn có thể trở thành mảnh ghép quan trọng trong quá trình chuyển đổi toàn cầu sang các vật liệu thân thiện với môi trường.

Theo IE