In 3D nhựa theo cấu trúc "tubulane" cực kỳ phức tạp, một khối nhựa chống được cả đạn

Đồ in 3D thường là các mô hình cỡ nhỏ, để phục vụ mục đích nghiên cứu cấu trúc kiến trúc hay để trưng bày và làm đồ chơi, chúng thường mỏng manh dễ vỡ. Ít ra là vậy cho tới khi các nhà nghiên cứu tại Đại học Rice tìm ra phương pháp in 3D mới, cho phép đồ nhựa có thể cứng và bền gần bằng kim cương.

Cấu trúc nhựa này được đan chéo nhau theo hình zig-zag một cách có tính toán, cho phép nó chịu được va đập mạnh. Thế nhưng toàn bộ khối rắn vẫn duy trì được tính chất của một cục nhựa cấu thành từ nhiều lớp, ta vẫn có thể xoay vặn được nó.

Thử nghiệm độ bền chắc của nhựa khi được xếp theo cấu trúc tubulane.

Cục nhựa siêu rắn này mang hình dáng “tubulane”, một cấu trúc hiển vi chỉ tồn tại trên mặt lý thuyết, cấu thành từ các ống nano carbon được đan vào nhau. Theo “lời tiên tri” của nhà hóa học Ray Baughman và nhà vật lý học Douglas Galvão nói năm 1993, cấu trúc tubulane sẽ có những đặc tính khác thường.

Tubulane có thể là chìa khóa của việc tạo ra được vật liệu vừa nhẹ nhưng vừa bền chắc nhưng cho tới thời điểm này, khoa học vẫn chưa tạo được một vật liệu tubulane đúng nghĩa, khó khăn trong ngành sản xuất ống nano carbon đã ngăn ngành khoa học vật chất phát triển.

Đến lúc nghiên cứu, khoa học mới phát hiện ra đặc tính của tubulane không chỉ ứng vào những cấu trúc mang kích cỡ nguyên tử. Trong báo cáo khoa học mới được đăng tải trên tạp chí Small, các chuyên gia của Đại học Rice phát hiện ra rằng những cấu trúc phức tạp này có thể tồn tại ở quy mô lớn hơn, đủ lớn để chế tạo được bằng máy in 3D. Ngay cả khi tồn tại ở kích cỡ này, các đặc tính bền chắc vẫn nguyên vẹn.

Tubulane có thể là chìa khóa của việc tạo ra được vật liệu vừa nhẹ nhưng vừa bền chắc.

Các nhà nghiên cứu đã lấy hai khối nhựa, một làm từ polymer rắn hoàn toàn và một được làm từ nhựa in theo với cấu trúc tubulane, rồi cho nó chịu va đập từ một vật thể bay tại vận tốc 5,8km/giây. Không khối nhựa nào bị hủy hoại, nhưng viên đạn để lại một vết lõm lớn trên bề mặt khối nhựa rắn và toàn khối nứt hết cả, trong khi đó khối cấu trúc tubulane chặn được đạn ngay ở lớp nhựa thứ 2 - tức là mọi lớp nhựa sau lớp thứ hai này đều nguyên vẹn.

Bây giờ mà ngồi liệt kê xem những ngành nào có thể ứng dụng được một vật liệu vừa chắn chắn lại vừa nhẹ cân thì mất thời gian lắm, nghĩ ngay tới giáp chống đạn của ngành quân sự, hay vệ tinh/tàu du hành của ngành hàng không vũ trụ này. Xét tới những tính chất khác thường của nó và cách tạo ra nó, cấu trúc tubulane còn thay đổi được cả công nghệ in 3D không chừng.