Phát triển thành công nhựa tự động chuyển từ mềm sang cứng dưới ánh sáng

Các nhà khoa học Mỹ đã phát triển thành công một loại vật liệu nhựa linh hoạt lấy cảm hứng từ sinh vật sống với nhiều ứng dụng hứa hẹn.

Trong sinh vật sống, các cấu trúc như cơ và da thường kết hợp nhiều thuộc tính như sức mạnh và tính linh hoạt một cách dễ dàng. Các nhà khoa học từ lâu đã muốn bắt chước điều này bằng cách sử dụng vật liệu tổng hợp, nhưng chúng thường bị hỏng, tách rời hoặc rách toạc ở phần tiếp xúc của các thuộc tính khác nhau.

Thử nghiệm kéo căng nhựa thông minh, với các phần sẫm màu đã được làm cứng trong khi phần sáng màu vẫn còn mềm và co giãn. (Video: UT Austin)

"Thông thường, khi ép các vật liệu lại gần nhau, đặc biệt nếu chúng có các tính chất cơ học rất khác nhau, chúng sẽ muốn tách rời", Phó giáo sư hóa học Zachariah Page từ Đại học Texas tại Austin (UT Austin) cho biết.

Trong một nghiên cứu mới xuất bản trên tạp chí Science, Page cùng các cộng sự đã tìm ra cách kiểm soát cấu trúc của một loại vật liệu nhựa, thông qua việc sử dụng ánh sáng và chất xúc tác để thay đổi các đặc tính như độ cứng và độ đàn hồi. Về cơ bản, nó giống như nhiều dạng sống có thể mềm và co giãn ở một số nơi, nhưng cứng ở những nơi khác, Interesting Engineering hôm 24/10 đưa tin.

"Đây là vật liệu đầu tiên thuộc loại này. Khả năng kiểm soát sự kết tinh và đặc tính vật lý của nó có tiềm năng ứng dụng trên các thiết bị điện tử đeo được hoặc thiết bị truyền động trong robot mềm", Page nói thêm.

Vật liệu này cứng hơn cao su tự nhiên gấp 10 lần khi có ánh sáng chiếu vào.

Để tạo ra nhựa thông minh, nhóm nghiên cứu đã sử dụng monomer, một phân tử nhỏ liên kết với những chất tương tự khác để tạo thành "khối xây dựng" cho cấu trúc lớn hơn được gọi là polymer. Các polymer trong trường hợp này tương tự như polymer được tìm thấy trong nhựa thông dụng nhất.

Phải mất khoảng chục lần thử nghiệm cho đến khi Page cùng các cộng sự tìm ra một chất xúc tác mà khi thêm vào monomer và được chiếu sáng, nó tạo ra một loại polymer bán tinh thể tương tự loại được tìm thấy trong cao su tổng hợp hiện có. Vật liệu này cứng hơn cao su tự nhiên gấp 10 lần tại những khu vực có ánh sáng chiếu vào, nhưng vẫn mềm và co giãn ở những khu vực không có ánh sáng.

Thí nghiệm có thể thực hiện ở nhiệt độ phòng, với monomer và chất xúc tác có sẵn trên thị trường, trong khi nguồn chiếu sáng là đèn LED xanh đơn giản. Ngoài ra, phản ứng diễn ra trong vòng chưa đầy một giờ và không thải ra chất độc hại, giúp quá trình xử lý nhanh chóng, không tốn kém, tiết kiệm năng lượng và lành tính với môi trường.

Trong giai đoạn tiếp theo, nhóm nghiên cứu sẽ tập trung thử nghiệm vật liệu này trên các đối tượng khác nhau để kiểm tra khả năng ứng dụng của nó. Họ đang hình dung ra một loại vật liệu linh hoạt có thể dùng để neo các linh kiện điện tử trong những thứ như thiết bị y tế hoặc thiết bị công nghệ có thể đeo được. Các vật liệu linh hoạt và mạnh mẽ cũng có thể cải thiện chuyển động và độ bền của robot.