Sản xuất loại vật liệu "không tưởng" có khả năng hấp thụ nước siêu việt

(khoahoc.tv) - Mới đây các nhà khoa học Thụy Điển đã tạo ra một loại vật liệu mới, một loại vật liệu “không tưởng” phá vỡ kỷ lục về diện tích bề mặt và khả năng hấp phụ nước. Loại vật liệu mới này được tạo ra bởi các nhà nghiên cứu đến từ trường Đại học Uppsala của Thụy Điển. Các kết quả nghiên cứu được công bố ngày 17/7 trên tạp chí PLOS ONE.

Vật liệu mới này có thành phần là cacbonat magiê, được đặt tên là Upsalte, được đặt kỳ vọng sẽ làm giảm tổng lượng năng lượng cần thiết để kiểm soát độ ẩm môi trường trong các thiết bị điện tử và công nghiệp xây dựng công thức các loại dược phẩm cũng như tại các sân trượt băng chơi khúc côn cầu và những nhà kho. Vật liệu này cũng có thể được dùng để thu gom các chất thải, hóa chất độc hại hoặc dầu tràn và trong các hệ thống phân phối dược phẩm, hoặc kiểm soát mùi hôi và vệ sinh sau khi xảy ra hỏa hoạn.

“Trái ngược với những gì mà khoa học đã khẳng định trong hơn 100 năm nay, chúng tôi đã phát hiện ra rằng cacbonat magiê vô định hình có thể được tạo ra trong một quá trình rất đơn giản và nhiệt độ rất thấp", Johan Gomez de la Torre, nhà nghiên cứu tại phòng Công nghệ nano và vật liệu chức năng tiết lộ.

Trong khi các dạng bậc của cacbonat magiê, gồm cả dạng có và không có nước trong cấu trúc, là rất phong phú trong tự nhiên, các dạng nước tự do lẫn lộn đã được chứng minh là rất khó có thể tạo ra. Trong năm 1908, các nhà nghiên cứu người Đức đã cho rằng vật liệu này không thể tạo ra được với cùng một cách như làm xáo trộn cacbonat khác, bằng các bọt CO₂ thông qua một huyền phù cồn. Các nghiên cứu tiếp theo trong năm 1926 và 1961 cũng dẫn đến những kết luận tương tự.

"Một buổi chiều thứ Năm, năm 2011, chúng tôi đã thay đổi một chút các thông số tổng hợp về những nỗ lực không thành công trước đó, và do nhầm lẫn để lại vật liệu trong buồng phản ứng qua cuối tuần. Trở lại làm việc vào buổi sáng thứ hai, chúng tôi phát hiện thấy một chất gel cứng chắc đã hình thành và sau khi làm khô chất gel này chúng tôi đã vô cùng thích thú”, Johan Goméz de la Torre nói.

Sau đó là một năm để phân tích chi tiết các vật liệu và tinh chỉnh các thí nghiệm. Một trong số các nhà nghiên cứu nhờ kỹ năng tiếng Nga của mình đã tìm hiểu các cơ chế phản ứng mà cơ chế này chỉ được đề cập trong một luận án tiến sĩ cũ của Nga.

"Sau khi trải qua một số trạng thái công nghệ tính chất hóa vật liệu nghệ thuật, nó trở nên rõ ràng rằng chúng tôi đã thực sự tổng hợp được vật liệu mà trước đây khoa học cho rằng không thể thực hiện được”, Maria Strømme, giáo sư Công nghệ nano và là trưởng phòng Công nghệ nano và vật liệu chức năng cho biết.

Phát hiện đáng chú ý nhất là, tuy nhiên, không phải là các nhà khoa học đã tạo ra một vật liệu mới mà là vật liệu mới có các đặc tính nổi bật. Hóa ra Upsalite là loại vật liệu có diện tích bề mặt đo được lớn nhất đối với một kim loại kiềm thổ, lên tới 800m²/gram.

“Điều này đặt vật liệu mới này trong nhóm các loại vật liệu xốp có diện tích bề mặt cao như silica, zeolite, khung hữu cơ kim loại và các ống nano carbon”, Strømme nói.

Ngoài ra, chúng tôi thấy rằng vật liệu đã lấp đầy tất cả các lỗ có đường kính nhỏ hơn 10nm. Cấu trúc lỗ nhỏ li ti này tạo ra cho vật liệu này một cách hoàn toàn độc đáo để tương tác với môi trường, dẫn đến một số tính chất quan trọng cho ứng dụng của vật liệu này. Upsalite có khả năng hấp thụ nhiều nước ở độ ẩm tương đối hơn bất cứ một loại vật liệu hút ẩm nào hiện có; zeolit ​​hydroscopic, một tính chất có thể được tái phục hồi với mức tiêu thụ năng lượng tương ứng trong các quá trình đang sử dụng ngày nay.

“Điều này, cùng với các đặc tính độc đáo khác của loại vật liệu không tưởng đã được khám phá này, được dự đoán là sẽ mở đường cho một loạt các sản phẩm bền mới trong nhiều ứng dụng công nghiệp”, Maria Strømme nói.

Phát hiện này sẽ được thương mại hóa trong tương lai gần.