một số thành tựu của vật liệu

Câu1:Giới thiệu 10 thành tựu nổi bật của cuộc cách mạng vật liệu
hiện đại:
1.Siêu vật liệu chịu được sức nặng gấp 100.000 chính nó:
+Với công nghệ in
3D, các nhà khoa học đã tạo ra một cấu trúc vật liệu mới siêu nhẹ,
siêu bền, được kết hợp giữa kim loại, gốm và chất dẻo linh hoạt và tạo
ra một dạng cấu trúc chịu lực đặc biệt.
+Vật liệu này có trọng lượng rất nhẹ,nên nó có thể thay thế cho các c
ấu trúc sắt thép trên những công trình như nhà cao tầng.
2.Vật liệu siêu chống thấm:
+Lấy cảm hứng từ lá sen, cánh bướm,
lông vịt - những vật liệu có sự khô ráo tự nhiên, các kỹ sư
trong lĩnh vực mô phỏng sinh học đã cố gắng nghiên cứu bắt chước y
ếu tố của thiên nhiên để giải quyết vấn đề.
+Các bề mặt không thấm nước này sẽ cản trở sự lưu
hay ngấm nước trên bề mặt và được gọi tên là bề mặt superhydroph
obic (siêu chống thấm).
+Hai kỹ sư Julie Crockett và Dan Maynes đến từ ĐH Brigham Young
đã sản xuất bề mặt siêu chống thấm bằng cách kết hợp lớp phủ và sử
dụng các khoang cấu trúc từ sợi có kích thước 1/10 sợi tóc người.
+Khi
đưa các cấu trúc cầu tí hon này vào các vật liệu nhôm và oxit đồng,
các giọt nước đã bị chống thấm nhanh
hơn lá sen tới 40%.Vì thế,các chuyên
gia đã thử ứng dụng vật liệu siêu chống thấm này cho các ngành công
nghiệp. Chúng được phun lên quần áo, áo khoác để tránh thấm nước,
hay áp dụng cho vỏ tàu để ngăn chặn sự phát triển sinh vật, giảm ăn m
òn.
3.PCM (vật liệu có khả năng điều hòa nhiệt độ):
+Loại vật liệu mới có tên PCM không bị biến dạng, có khả năng hấp
thụ sức nóng dư thừa nếu nhiệt độ quá cao và giải phóng nhiệt khi nhi

ệt độ xuống thấp do các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Nottingha
m,tỉnh Ningpo (Trung Quốc) tạo ra
+PCM có thể tiết kiệm 35% năng lượng cho các toà nhà, nâng
cao hiệu quả của các tấm pin mặt trời và sự chiếu sáng của đèn LED.
4.Vật liệu siêu dẫn nâng
cao hiệu suất tận dụng năng lượng,tác động lớn tới hướng đầu tư
xây dựng cơ sở hạ tầng.Ví dụ xe điện tốc độ cao(400-500km/h) chạy t
rên đệm từ.
5.Vật liệu trong công nghệ nano:
+Với mức độ tinh vi
ở cấp phân tử,công nghệ nano đã tạo ra những vật liệu siêu cứng,siêu
bền,chịu được áp suất lớn và nhiệt độ cao,đặc biệt là siêu nhẹ và chịu
được va đập tốt.
+Với những tính năng
như vậy,nó đáp ứng được nhu cầu trong nhiều lĩnh vực,đặc biệt là tron
g ngành hàng không.
Ví dụ: Máy bay Airbus 380 với lớp vỏ được cấu tạo từ những sợi thủ
y tinh kết hợp với sợi cacbon tạo thành 1 pháo đài bay
90 tấn chắc chắn.
6.Vật liệu thạch cao:
+Bề mặt mịn,phẳng,đẹp mắt,dễ dàng trang trí và có độ cứng tốt,mềm
dẻo nên không bị nứt dù được sử dụng trong
1 thời gian dài,có khả năng chống cháy và cách nhiệt tốt
7.Trong
y học,người ta còn ứng dụng vật liệu tổng hợp để chữa bệnh:
+Vật liệu mới "TOFEKS" được dành cho các ca mổ trên nhãn cầu
+Vật liệu Ag/TiO2 kích thước nano có khả năng diệt khuẩn mạnh
8.Vật liệu linh kiện quang học,quang điện tử và quang tử:
+Được cấu tạo từ những sợi thủy tinh hoặc plastic đã được tinh chế n
hằm cho phép truyền đi tối đa các tín hieeuh ánh sáng mà người ta đã

sáng tạo ra cáp quang,đây là phát minh
quan trọng của việc tìm ra vật liệu truyền dẫn nhằm bảo mật thông
tin.
9.Chế tạo áo giáp chống đạn:
+Viện Công nghệ (Tổng cục Công nghiệp quốc phòng) đã nghiên cứ
u chế tạo thành công áo giáp chống đạn từ vật liệu gốm oxit nhôm
(Al2O3)
siêu mịn tăng bền bằng ZrO2 nano và vật liệu dyneema, có khả năng c
hống đạn đạt tiêu chuẩn cấp III+ theo tiêu chuẩn NIJ0101.04 của Mỹ.
10.Chế tạo thiết bị phát hiện chất nổ từ vật liệu nano carbon:
+Thiết bị gồm 2 điện cực, ở giữa là vật liệu nano carbon.Trong
môi trường bình thường không có chất nổ hoặc hóa chất độc hại, dòng
điện giữa 2 điện cực đi
qua các ống nano được xác định ở mức ổn định. Nhưng
khi có sự hiện diện của phân tử hóa chất nào đó với số lượng đủ nhiều
, các ống nano carbon bắt đầu phản ứng với chúng, làm tăng hoặc giả
m dòng điện.
Khi phát hiện dòng điện thay đổi, cảm biến sẽ phát cảnh báo đến ngườ
i dùng.


5loại vật liệu mới có nhiều ứng dụng trong đời
sống
1.Vật liệu rắn nhẹ nhất thế giới
Các nhà nghiên cứu thuộc Trường đại học Chiết Giang,
Hàng Châu, Trung Quốc vừa phát triển thành công loại vật
liệu rắn có trọng lượng nhẹ nhất thế giới. Vật liệu rắn này có
hình dạng như miếng bọt biển, được làm từ carbon khô
đông lạnh và oxit graphene. Trọng lượng của vật liệu rắn
mới thậm chí nhẹ hơn cả nguyên tố heli khoảng 0,16

miligram/cm3.Sự kết hợp độc đáo giữa vật liệu graphene
với carbon đã thúc đẩy một cuộc cách mạng công nghiệp
mới dựa trên các thành phần có thể phân hủy và có khả
năng chịu lực.Với cấu trúc độc đáo này, vật liệu rắn mới rất
nhẹ, sức chịu đựng cao và linh hoạt. Các nhà khoa học đã
thành công trong việc cân bằng vật liệu rắn này trên cánh
hoa anh đào. Vật liệu graphene hai chiều đem lại giải
thưởng Nobel vật lý danh dự cho hai giáo sư Andre Geim và
Kostya Novoselov.
(trích từ trang )
Nhận xét: graphene là vật liệu nhẹ nhất thế giới, được ca ngợi
như vật liệu kỳ diệu, hứa hẹn sự bùng nổ trong ngành khoa
học vật liệu, với các ứng dụng có tiềm năng vô hạn
2.Nghiên cứu vật liệu siêu dẫn topo thế hệ mới:

Khi ở nhiệt độ rất thấp, bên trong vật liệu siêu dẫn topo có
tính chất tương tự như chất siêu dẫn thông thường, có thể dẫn
điện với điện trở bằng không. Đồng thời mặt ngoài của vật liệu
siêu dẫn topo lại là một kim loại có điện trở, có thể truyền tải
dòng điện.Các nhà khoa học đã lợi dụng quang phổ X để tiến
hành phân tích đánh giá tính năng của vật liệu siêu dẫn topo.
Sau khi tiếp tục nghiên cứu, các nhà khoa học phát hiện những
điện tử khác thường giống như hạt lepton trên bề mặt của vật
liệu siêu dẫn topo.
(trích từ trang )
Nhận xét: vật liệu siêu dẫn topo không những bề ngoài là một
kim loại mà bên trong nó đều là vật chất siêu dẫn. Việc phát
hiện vật liệu siêu dẫn topo sẽ mang lại nhiều triển vọng ứng
dụng to lớn cho giới khoa học.
3.Vật liệu mới có khả năng làm lành các vết cắt:

Các nhà vật lý Mỹ đã tạo ra được một loại vật liệu siêu mềm,
có khả năng chữa lành các vết trầy xước, vết cắt và có khả
năng cảm nhận được sự đụng chạm. Loại vật liệu này có thể
được dùng để chế tạo da nhân tạo.
Tác giả của sáng chế này cho biết: “trước công trình của chúng
tôi, thật khó mà tưởng tượng ra được chúng ta có thể chế tạo
ra được một loại vật liệu mềm, có khả năng dẫn điện tốt, lại có
thể chữa lành được các vết xước, vết thương. Một vết cắt mới
sẽ “tự lành” sau vài giây. Trong khi, da của con người cũng
phải cần vài ngày mới lành được”.Một nhóm các nhà vật lý do
nhà khoa học Zhenan Bao, thuộc trường đai học Stanford, Mỹ
đã cố gắng “tái sinh” những đặc điểm nổi bật của da - mềm,
bền vững, nhạy cảm cao và có khả năng tự lành vết thương
trên một loại vật liệu nhân tạo.Nam 2010,Bao và các đồng
nghiệp đã tạo ra một loại vật liệu có khả năng dẫn điện, có
phản ứng khi tiếp xúc và bị ấn. Trong công trình nghiên cứu
mới này, các tác giả quyết định đưa thêm công dụng “tự chữa
lành vết thương” vào cho loại vật liệu này. Trong những năm
gần đây nhiều nhóm các nhà khoa học cũng đã tạo ra được
loại vật liệu có khả năng tự lành, nhưng tất cả chúng đều có
những thiếu sót khiến chúng không thể được ứng dụng vào
làm da nhân tạo.Bao và các đồng nghiệp của ông đã giải quyết
thành công bài toán khó này với việc sử dụng thêm 2 thành tố
quan trọng: polymer hydrocarbon và bột nano từ nikel. Chuỗi
hydrocarbon vừa mềm lại linh động, rất cần thiết cho tính chất
tự lành của da, và nó có thể dẫn điện được.Nikel đã giải quyết
được 2 vấn đề: giúp cho da trở nên bền hơn, trong khi lại nâng
cao được khả năng truyền dẫn của da.Các nhà khoa học đã
tạo ra một miếng mỏng từ vật liệu tổng hợp nano nikel và
polymer. Sau đó họ tiến hành kiểm tra xem miếng vật liệu đó

phản ứng với vết cắt thế nào. Kết quả là “vết thương” trên bề
mặt miếng vật liệu đã biến mất chỉ sau vài giây cắt và hoàn
toàn biến mất sau 30 phút. Một chiếc găng tay làm từ loại vật
liệu này có thể cảm nhận được áp lực khi bắt tay.Các nhà sáng
chế tin rằng đây sẽ là loại vật liệu tương lai cho da nhân tạo.
(trích từ trang )
Nhận xét: vì có đặc tính có thể tự chữa lành vết thương nên
loại vật liệu này hứa hẹn sẽ mang lai lợi ích rất lớn trong lĩnh
vực y khoa. Ứng dụng của loại vật liệu này là rất lớn đối với
khoa học vật liệu hiện nay
4.Vật liệu mới cho lĩnh vực công nghệ:
Các nhà vật lý học châu Âu đã chế tạo thành công một loại vật
liệu mới, gọi là graphene nhân tạo, hứa hẹn mang lại cuộc
cách mạng trong lĩnh vực công nghệ. Graphene nhân tạo làm
từ các vật liệu bán dẫn truyền thống có thể dùng để chế tạo
những dòng thiết bị quang học, điện tử nhẹ hơn, nhanh hơn và
đồng thời thu nhỏ kích thước của chúng. Theo báo cáo trên
chuyên san Physical Review X, các chuyên gia của đại học
Luxembourg cho hay ứng dụng của vật liệu mới bao gồm tế
bào pin mặt trời, thiết bị ánh sáng laser hoặc LED.Graphene,
một tổ hợp nguyên tử dưới dạng tổ ong với bề dày chỉ 1
nguyên tử, là vật liệu bền chắc, linh hoạt, dẫn điện và trong
suốt, đã chứng tỏ tiềm năng trong lĩnh vực khoa học và công
nghệ.Trong khi đó, graphene nhân tạo có cùng cấu trúc như tổ
ong, nhưng thay vì được kết hợp bằng các nguyên tử carbon,
các chuyên gia sử dụng tinh thể bán dẫn với độ dày
nanomét.Tinh thể nano cho phép thao tác để thay đổi kích
thước, hình dạng và tính chất hóa học, cho phép nó trở thành
vật liệu phù hợp cho những nhiệm vụ khác nhau
(trích từ trang )

Nhận xét: vì vật liệu này bền chắc, linh hoạt, dẫn diện và trong
suốt, nên có rất nhiều ứng dụng trong dời sống. Nó sẽ thay thế
vật liệu bán dẫn truyền thống và có thể chế tạo những dòng
thiết bị quang học, điện tử nhẹ hơn, nhanh hơn và đồng thời
thu nhỏ kích thước của chúng
5.Vật liệu dùng cho thiết bị cấy ghép từ răng mực ống:
Chúng ta đã biết đến độ bền cực cao của cặp "găng" của tôm
tít, khả năng tìm đường bằng sóng siêu âm của loài dơi, đôi
mắt không phản chiếu ánh sáng của bướm đêm và hôm nay
những chiếc "răng" của mực ống lại tiếp tục mang lại ý tưởng
cho các nhà khoa học để phát triển một vật liệu mới, có thể
được sử dụng để tạo ra những thiết bị cấy ghép y khoa ít gây
đau và ít nguy hiểm hơn.Mực ống có một chiếc mỏ khoằm khá
giống mỏ chim vẹt và chúng ta vẫn hay gọi là "răng" mực.
Răng mực cứng ở phần đầu nhưng mềm dần đến phần gốc,
tức là phần gần miệng. Điều này có nghĩa răng của mực có
đặc tính cứng mềm giảm dần từ đầu đến gốc, do đó không có
ranh giới đột ngột giữa sự chuyển đổi đặc tính. Đây chính là ý
tưởng giúp các nhà khoa học tại đại học Case Western
Reserve, bang Ohio, Mỹ phát triển vật liệu. Răng mực được
tạo thành bởi một loại vật liệu nanocomposite, bao gồm một
"mạng lưới các sợi chitin được đính với nhau bên trong một
cấu trúc protein liên kết chéo với mật độ tăng dần từ gốc (gần
miệng mực) đến đầu nhọn của răng". Răng thường rất ẩm ướt
và ngay cả khi nó khô đi, đặc tính này vẫn hiện hữu.Để chế tạo
vật liệu giống răng mực, các nhà khoa học đã bắt đầu với một
loại vật liệu khác được tạo ra trước đó dựa trên da của dưa
biển với đặc tính cứng khi khô và mềm khi ướt. Nhóm nghiên
cứu lấy các mẫu vật liệu dưới dạng phim mỏng và thêm vào đó
các tinh thể nano cellulose đã được chức năng hóa. Các tinh

thể này hình thành cấu trúc liên kết chéo khi được phơi dưới
ánh sáng và nếu phơi càng nhiều, số lượng kết nối càng tăng.
Bằng cách phơi tấm phim dưới các nguồn sáng ngày một
mạnh hơn dọc theo chiều dài của chúng, họ đã có thể tạo ra
một đầu có tính cứng và mềm dần đến đầu còn lại.Cũng giống
như răng của mực và da nhân tạo của dưa biển.Nghiên cứu
của đại học Case Western Reserve được dẫn đầu bởi giáo sư
Stuart J. Rowan và một bài báo cáo về nghiên cứu đã được
đăng tải trên tạp chí Journal of the American Chemical Society
trong tuần qua.
(trích từ trang )
Nhận xét: các đặc tính của loại vật liệu mới này thể hiện rõ
ràng hơn khi ướt. Bên trong cơ thể con người là một môi
trường rất ẩm ướt vì vậy, vật liệu có thể được sử dụng để tạo
ra các thiết bị cấy ghép dưới da như ống đưa thức ăn trực tiếp
vào dạ dày, đầu kim gắn dưới da v.v… nhằm thay thế những
thiết bị cấy ghép cứng hiện tại không chỉ gây khó chịu mà thậm
chí còn phá vỡ các mô sinh học.