Các nhà khoa học bổ sung loại bột đặc biệt vào nhựa in 3D để khi bị vỡ, nó có thể được sửa chữa tại chỗ một cách đơn giản.
Giáo sư Cyrille Boyer, cùng hai chuyên gia Nathaniel Corrigan và Michael Zhang tại Trường Kỹ thuật Hóa học thuộc Đại học New South Wales (UNSW) tìm ra phương pháp mới giúp nhựa in 3D tự vá lành ở nhiệt độ phòng mà chỉ cần ánh sáng, Phys hôm 18/12 đưa tin. Kết quả nghiên cứu công bố trên tạp chí Angewandte Chemie International Edition.
Đàn violin in 3D bổ sung phụ gia có thể tự vá lành khi đặt dưới ánh đèn LED cực tím. (Ảnh: UNSW)
Nhóm nhà khoa học thêm một loại bột đặc biệt vào nhựa lỏng dùng trong quá trình in, tạo điều kiện thuận lợi để sửa chữa khi vật liệu bị vỡ. Việc này có thể thực hiện rất dễ dàng bằng cách chiếu ánh đèn LED tiêu chuẩn vào nhựa in 3D khoảng một tiếng, tạo ra phản ứng hóa học và hợp nhất hai mảnh vỡ. Toàn bộ quá trình thậm chí còn giúp miếng nhựa sau khi lành trở nên chắc chắn hơn lúc đầu.
Các nhà nghiên cứu hy vọng việc phát triển và thương mại hóa kỹ thuật mới sẽ làm giảm rác thải hóa học vì các mảnh nhựa vỡ không cần vứt đi hay đem tái chế, và có thể được vá một cách đơn giản kể cả khi đang gắn trong một bộ phận gồm nhiều vật liệu khác. Công nghệ mới có tiềm năng ứng dụng cho các thiết bị điện tử đeo trên người, cảm biến, thậm chí trong quá trình sản xuất giày.
"Bạn có thể ứng dụng công nghệ này ở nhiều nơi, ví dụ những nơi sử dụng vật liệu polymer. Nếu một bộ phận hỏng, bạn có thể sửa chữa mà không cần vứt đi. Lợi ích môi trường rất rõ ràng vì bạn không cần tổng hợp lại một vật liệu hoàn toàn mới mỗi lần nó bị vỡ. Chúng tôi đang tăng tuổi thọ cho chúng, giúp giảm rác thải nhựa", Corrigan nói.
Chất phụ gia dạng bột mà nhóm chuyên gia sử dụng là trithiocarbonate, do Tổ chức Nghiên cứu Khoa học và Công nghiệp Australia (CSIRO) phát triển. Nó cho phép sắp xếp lại mạng lưới cỡ nano của những nguyên tố tạo nên một vật liệu và hợp nhất các mảnh vỡ. Điều này diễn ra trong vòng 30 phút khi đèn LED cực tím chiếu trực tiếp vào phần bị vỡ. Nhựa sẽ lành hoàn toàn sau khoảng một tiếng. Các thử nghiệm, bao gồm thử nghiệm trên đàn violin in 3D, cho thấy nhựa sau khi vá lành rất chắc chắn.
Dựa vào sự đơn giản và tốc độ của quy trình mới so với các phương pháp sửa chữa vật liệu in 3D hiện nay, nhóm nghiên cứu cho rằng việc thương mại hóa hoàn toàn khả thi.
"Có những quy trình khác nhưng dựa vào hóa học nhiệt để sửa chữa vật liệu, thường cần khoảng 24 tiếng và nhiều chu kỳ gia nhiệt để đạt được cùng một kết quả. Một hạn chế khác là cần có lò nung được làm nóng ở nhiệt độ cao và không thể sửa chữa vật liệu nhựa tại chỗ. Các nhân viên trước tiên phải tháo rời nó khỏi vật dụng, điều này làm tăng thêm sự phức tạp và chậm trễ", Corrigan nói.
"Với hệ thống của chúng tôi, bạn có thể để nguyên phần nhựa vỡ tại chỗ và chiếu ánh sáng lên toàn bộ vật dụng. Chỉ các chất phụ gia ở bề mặt vật liệu bị tác động, nên quá trình sửa chữa sẽ dễ dàng hơn và cũng nhanh hơn", ông cho biết.