Các nhà khoa học Nhật Bản tạo ra hợp kim cứng như thép nhưng co giãn như cao su khi điều kiện môi trường thay đổi trong khi cũng linh hoạt hơn 20 lần so với hợp kim thông thường.
Một hợp kim linh hoạt cao, được tạo ra từ các kim loại titan và niken bởi các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học Vật liệu Quốc gia Nhật Bản (NIMS), có thể là thành phần quan trọng để chế tạo máy bay biến hình hoặc cơ bắp nhân tạo siêu mạnh.
Máy bay biến hình vẫn là một khái niệm trong khoa học viễn tưởng vì các nhà khoa học gặp khó khăn trong việc phát triển một vật liệu đủ linh hoạt để đạt được hiệu ứng biến hình và đủ mạnh để chịu đựng sự khắc nghiệt của việc bay. Tuy nhiên hợp kim này có sức mạnh như thép nhưng có thể co giãn như cao su khi điều kiện môi trường thay đổi có thể mang lại kỳ vọng cho việc phát triển thiết bị bay đặc biệt.
NASA mô phỏng về một chiếc máy bay trong tương lai. (Ảnh: NASA).
Nghiên cứu trước đó đã xác định rằng hợp kim từ titan và niken có những đặc tính đặc biệt, như khả năng co giãn đến giới hạn cao hơn nhiều so với các hợp kim kim loại khác mà vẫn giữ được hình dạng mới. Khi nhiệt độ của hợp kim tăng, nó cũng có thể trở lại hình dạng ban đầu.
Mặc dù điều này làm cho hợp kim trở thành một ứng cử viên tuyệt vời cho việc chế tạo máy bay biến hình, nhưng các nhà nghiên cứu gặp khó khăn khi sử dụng nó do giới hạn về nhiệt độ khi hợp kim đảm bảo được những đặc tính này.
Dù vật liệu rất mạnh và linh hoạt, nhưng chỉ hiển thị những đặc tính này ở những nhiệt độ cụ thể, hạn chế đáng kể ứng dụng của nó. Một nhóm nghiên cứu do GS Xiaobing Ren tại NIMS dẫn đầu đã nghĩ ra quy trình ba bước để làm cho hợp kim hiển thị những đặc tính này trên một dải nhiệt độ rộng.
Trước tiên, họ đã làm biến dạng và kéo dài hợp kim hơn 50%, sau đó nung nóng nó đến 300 độ C trước khi kéo dài lại một lần nữa.
Trong bước cuối cùng, các nhà nghiên cứu chỉ kéo dài hợp kim thêm 12%, nhưng cuối cùng, vật liệu có khả năng chịu áp lực gấp khoảng 18.000 lần áp suất khí quyển bình thường, làm cho hiệu suất sức mạnh của nó tương đương với thép trong khi cũng linh hoạt hơn 20 lần so với hợp kim thông thường.
Quan trọng hơn, hợp kim titan-niken cũng thể hiện đặc tính này trên một dải nhiệt độ rộng từ -80 độ C đến 80 độ C.
Chia sẻ với New Scientist, GS Ren giải thích hợp kim hiển thị những đặc tính này vì nó giống như thủy tinh hơn là kim loại. So với thủy tinh thông thường, hợp kim có những vùng "hạt" biến dạng.
Nói đơn giản, hợp kim có những vùng mà các phân tử sắp xếp theo cách hỗ trợ sự biến dạng của vật liệu thay vì bị vỡ. Sự vắng mặt của các hạt biến dạng này trong thủy tinh làm cho nó dễ vỡ, trong khi sự hiện diện của chúng làm cho vật liệu này cực kỳ linh hoạt.
Theo nhóm nghiên cứu, phương pháp phát triển vật liệu khá đơn giản, nó có thể dễ dàng được tái tạo trong các phòng thí nghiệm khác và có thể áp dụng công nghiệp quy mô lớn.