Việc tìm kiếm các vật liệu kết hợp hiệu suất cao với trách nhiệm môi trường đã dẫn các nhà nghiên cứu đến với các giải pháp lấy cảm hứng từ thiên nhiên.
Một trong những đột phá mới nhất là phát minh bọt graphene sinh học – thế hệ siêu vật liệu mới sở hữu cùng lúc các đặc tính vượt trội như bền bỉ, linh hoạt và tính bền vững với môi trường, Grapheneinfo thông tin ngày 22/3.
Tạp chí Giáo dục Hóa học Thế giới năm 2018 gọi graphene là "vật liệu kỳ diệu" của thế kỷ 21 nhờ đặc tính mạnh hơn thép 200 lần, thậm chí cứng hơn kim cương ở cấp độ nguyên tử. Nay các nhà khoa học châu Âu lại phát minh một dạng graphene mới từ nguyên liệu tái tạo kết hợp công nghệ nano tiên tiến.
Xốp graphene sinh học đại diện cho thế hệ vật liệu mới. Hình ảnh minh họa: Jens/Picture Alliance
Bọt graphene gốc sinh học đang được kỳ vọng tạo ra sự rung chuyển lớn trong các lĩnh vực hàng hải, ô tô và hàng không vũ trụ, nhờ kết hợp siêu nhẹ, siêu bền, hấp thụ va đập/sốc cực tốt, cùng khả năng giảm rung, giảm tiếng ồn và đặc biệt là bền vững môi trường - sử dụng nguyên liệu tái tạo như dầu thực vật thay vì hóa thạch.
Chỉ tính riêng đặc tính siêu nhẹ của phát minh này cũng đã giúp giảm trọng lượng của tàu biển, xe ô tô, máy bay/tàu bay giúp tiết kiệm nhiên liệu, tăng hiệu suất vận hành, giảm phát thải CO2.
Graphene là một mạng lưới carbon hình lục giác chỉ dày một nguyên tử. Nguồn ảnh: Max Pixel
"Tác giả" của công trình này là đội ngũ các nhà khoa học châu Âu thuộc Dự án EU Bio.3DGREEN, quy tụ 14 đối tác đến từ 9 quốc gia là Đức, Tây Ban Nha, Anh, Hy Lạp, Síp, Bỉ, Ý, Đan Mạch và Thụy Sĩ.
Được khởi động vào cuối tháng 5/2025, mục tiêu của Bio.3DGREEN là thay thế các vật liệu giảm chấn và nhẹ truyền thống bằng giải pháp thân thiện hơn với môi trường. 11 tháng sau khi khởi động, EU Bio.3DGREEN đã "trình làng" thế giới siêu vật liệu mới này.
Graphene đã trở thành một ngành công nghiệp tỷ đô lần đầu tiên vào năm 2024. Báo cáo mới nhất của Mordorintelligence cho thấy, thị trường graphene toàn cầu được định giá 2,09 tỷ USD vào năm 2025 và ước tính sẽ tăng từ 2,91 tỷ USD năm 2026 lên 15,20 tỷ USD vào năm 2031, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) là 39,18% trong giai đoạn dự báo (2026-2031).
Bọt graphene gốc sinh học – Đột phá nằm ở đâu?
Điểm đột phá lớn nhất là chuyển sang dùng nguyên liệu sinh học thay vì hóa chất gốc hóa thạch. Nhờ vậy, quy trình sản xuất ít tác động môi trường hơn và hướng tới sản xuất bền vững.
Loại bọt này có mật độ cực thấp nhưng khả năng chịu lực cơ học rất cao. Chúng hấp thụ va đập và năng lượng cơ học một cách xuất sắc, rất phù hợp cho các ứng dụng cần tiêu tán năng lượng lớn.
Đồ họa do AI tạo.
Khác hẳn bọt xốp thông thường dễ bị mòn theo thời gian, bọt graphene giữ được cấu trúc nguyên vẹn ngay cả sau hàng loạt chu kỳ chịu lực lặp lại.
Sự cân bằng hoàn hảo giữa độ mềm dẻo và độ bền khiến chúng trở thành ứng cử viên sáng giá để thay thế vật liệu truyền thống trong môi trường khắc nghiệt.
Đây cũng là lần đầu tiên bọt graphene được tạo ra từ việc kết hợp kỹ thuật mô phỏng sinh học và sản xuất bồi đắp (Additive Manufacturing - AM) dựa trên laser để tạo ra vật liệu mới. Vì vậy, nhóm nghiên cứu phải đối mặt với không ít thách thức như hỗn hợp bột gồm hạt kim loại phủ và dầu thực vật cần hệ thống cấp liệu đặc biệt, đồng thời phải tìm ra bước sóng laser tối ưu để xử lý chính xác vật liệu.
Với dự án Bio.3DGREEN, các đối tác muốn chứng minh rằng công nghệ in 3D bằng bọt graphene có thể trở thành giải pháp hiệu suất cao, bền vững để sản xuất các cấu trúc giảm chấn, cách âm và siêu nhẹ.
Khi nghiên cứu tiến xa hơn, bọt graphene gốc sinh học hứa hẹn sẽ thu hút sự chú ý lớn từ các ngành đòi hỏi cả hiệu suất đỉnh cao lẫn trách nhiệm môi trường.
Với sự phát triển liên tục, loại vật liệu này hoàn toàn có thể góp phần định hình một tương lai sản xuất bền vững, hiệu quả hơn – đặc biệt trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, nơi trọng lượng nhẹ và khả năng chịu lực là yếu tố sống còn.