Giấy chắc hơn thép gấp 500 lần

Trong tương lai không xa, máy tính, tivi, ôtô và máy bay sẽ ngày càng nhẹ, bền chắc và tiết kiệm năng lượng hơn nhờ được làm từ giấy Bucky – loại vật liệu mới đang được Đại học bang Florida (Mỹ) phát triển.

Do được kết cấu bằng các phân tử carbon hình ống (gọi tắt là ống nanocarbon) mỏng hơn 50.000 lần so với sợi tóc, nên giấy Bucky đặc biệt hơn các vật liệu composite thông thường ở chỗ nó có thể dẫn điện như đồng đỏ hay silicon và tán nhiệt như thép hoặc đồng thau. Và khi được ép lại với nhau, giấy Bucky có thể trở thành vật liệu nhẹ hơn 10 lần và chắc gấp 500 lần so với thép. Chính vì những đặc tính độc đáo này, giấy Bucky được kỳ vọng sẽ trở thành vật liệu mới trong ngành chế tạo hàng điện máy, phương tiện vận tải, thậm chí có thể ứng dụng vào lĩnh vực hàng không vũ trụ.

Ben Wang đang nghiên cứu kỹ thuật sản xuất giấy Bucky với giá thành hạ.  Ảnh: Daily Mail

Theo Ben Wang – giám đốc Viện nghiên cứu vật liệu cao cấp thuộc Đại học Florida, sở dĩ loại giấy này có độ chắc cao như vậy là vì bề mặt của các ống nanocarbon trong nó lớn. Thực ra, các ống nanocarbon đã được sử dụng để làm tăng độ cứng của vợt tennis và phụ tùng xe đạp, nhưng với số lượng nhỏ. Chất kết dính epoxy dùng trong các sản phẩm này chỉ chứa khoảng 1-5% ống nanocarbon. Trong khi đó, giấy Bucky lại chứa đến 50% ống nanocarbon nên nó chắc hơn. Tuy nhiên, hạn chế của các ống nano là chúng thường kết thành khối ở những góc trống, khiến độ bền ít nhiều bị giảm. Wang và cộng sự tìm ra một giải pháp là đặt các ống nano vào khu vực có từ tính cao khiến chúng xếp thành hàng theo cùng một hướng để gia tăng độ bền cho giấy Bucky. Ngoài ra, do cực kỳ trơn láng nên các ống nanocarbon khó gắn kết với nhau bằng keo epoxy. Do đó, các nhà nghiên cứu đang tìm cách tạo ra một vài khiếm khuyết trên bề mặt để cải thiện khả năng kết dính.

Hiện tại, việc chế tạo giấy Bucky còn nhiều hạn chế do chỉ có thể sản xuất với số lượng ít trong khi giá thành lại rất cao. Vì vậy, các chuyên gia đang tìm tòi kỹ thuật sản xuất mới nhằm gia tăng tính cạnh tranh của giấy Bucky với các vật liệu composite tốt nhất hiện có trên thị trường. “Nếu được đưa vào sản xuất, nó (giấy Bucky) sẽ tạo ra cuộc cách mạng công nghệ cho lĩnh vực hàng không vũ trụ”, Les Kramer, kỹ sư trưởng thuộc tập đoàn hàng không vũ trụ Lockheed Martin, nhà tài trợ chính của nghiên cứu, nhận định.

Ảnh chụp dưới kính hiển vi các phân tử hình ống tạo thành giấy Bucky. Ảnh: AP

Dù mới chế tạo được giấy Bucky ở qui mô trong phòng thí nghiệm nhưng các nhà khoa học Đại học bang Florida đã bắt tay thành lập công ty sản xuất giấy Bucky. Ben Wang, trưởng nhóm nghiên cứu, hy vọng ứng dụng đầu tiên của giấy Bucky sẽ là chế tạo thiết bị chống sét trên máy bay. Theo đó, việc thay một đống dây đồng trong hệ thống chống sét bằng giấy Bucky sẽ giúp máy bay vừa nhẹ vừa tiết kiệm nhiên liệu. Bên cạnh đó, giấy Bucky cũng có thể ứng dụng vào sản xuất điện cực trong pin nhiên liệu, siêu tụ điện và pin ắc quy. Ngoài ra, với đặc tính nhẹ và có hiệu suất cao, giấy Bucky còn có thể thay thế các tấm than chì dùng trong máy tính xách tay để tản nhiệt. Mục tiêu lâu dài mà nhóm của Ben hướng đến là chế tạo máy bay, xe hơi và những sản phẩm khác từ giấy Bucky.

HOÀNG ĐIỂU (Theo Daily Mail, Wired News)

Giấy Bucky bắt nguồn từ đâu? Năm 1985, trong khi thử nghiệm nhằm tìm hiểu các ngôi sao tạo ra carbon như thế nào, nhà khoa học người Anh Harry Kroto và đồng nghiệp ở Đại học Rice (Mỹ) tình cờ phát hiện một phân tử chứa 60 nguyên tử carbon hình quả bóng và đặt tên nó là “Buckyball”. Với việc khám phá ra Buckyball  – hình thức thứ ba của carbon tinh khiết được tìm thấy sau than chì và kim cương, Kroto và hai cộng sự là Robert Curl Jr. và Richard E. Smalley đã được trao giải Nobel Hóa học năm 1996. Sau đó, các nhà khoa học Đại học bang Arizona lại tình cờ phát hiện các ống nanocarbon của  “Buckyball” sẽ kết dính với nhau và có thể được tạo thành một lớp màng mỏng, họ gọi nó là Buckypaper (giấy Bucky).