Vật liệu nhẹ và bền hơn gỗ balsa

Các nhà nghiên cứu tại đại học Harvard (Mỹ) đã phát triển một cách in 3D để tạo được hỗn hợp tế bào nhẹ nhưng rất cứng, chắc bằng cách sử dụng nhựa epoxy. Thành quả này có thể áp dụng để phát triển loại vật liệu mới đa ứng dụng, ví dụ như làm cho turbin gió hiệu quả hơn, xe hơi chạy nhanh hơn, thân máy bay nhẹ hơn...

>>> Vật liệu in 3D phù hợp in máy bay và xe hơi siêu nhẹ và cứng

Ảnh: Harvard

Đến nay, hầu hết loại vật liệu mà con người biết đến có mật độ phân tử và sức mạnh tỷ lệ thuận với nhau. Các bọt xốp thì nhẹ nhưng liên kết yếu ớt, không bền trong khi vật liệu bền chắc như thép, kim loại hoặc bê tông thì rất nặng nề. Tuy nhiên, trong tự nhiên cũng có một vài hiện tượng bất thường, ví dụ như gỗ balsa có trọng lượng chỉ 40 kg/m³ nhưng rất mạnh mẽ, cứng chắc, đó là nhờ tính năng kết hợp hiệu quả cao của các sợi cellulose và lignin. Gỗ balsa đang được ứng dụng chế tạo cánh quạt cho turbin gió, khung gầm máy bay mô hình và phần thân máy bay trực thăng. Tuy nhiên, việc khai thác balsa lại vướng phải vấn đề nghiêm trọng là 95% trữ lượng gỗ này trên toàn thế giới chỉ tập trung ở Ecuador.

Đến nay qua những nghiên cứu các nhà khoa học tại Harvard đã nắm bắt kỹ về cấu trúc không gian của balsa, nhờ đó chế tạo được tế bào composite cho ra loại vật liệu nhẹ, bền và đáng tin cậy hơn cả gỗ balsa thứ thiệt. Với nhựa epoxy các nhà khoa học đã dùng máy in thiết kế nên các chất liệu nhẹ, bền chắc, bước đầu là sợi silicon carbide và sợi carbon. Trên thực tế, các nhà nghiên cứu có thể kiểm soát chính xác độ cứng của vật liệu bằng cách thay đổi định hướng của chất độn khi cần thiết.

Tạp chí Gizmag cho biết theo thông tin từ Giáo sư Jennifer A.Lewis thì nghiên cứu của họ mở đường cho bước tiến quan trọng để sử dụng máy in 3D cùng một số nhựa cây, chất dẻo tương thích để tạo ra chất liệu nhẹ nhưng rất bền chắc.