Bắt chước chuồn chuồn để tạo ra aerogel rẻ tiền

Theo tạp chí Advanced Materials, các nhà khoa học đã phát hiện một cách rẻ tiền và hiệu quả để tạo ra một loại vật liệu siêu nhẹ và bền - aerogel (một vật liệu siêu nhẹ và xốp, được tổng hợp bằng cách thay thế chất lỏng trong gel bằng chất khí). Các nhà khoa học đã nảy sinh ý tưởng này khi nghiên cứu đôi cánh của chuồn chuồn, một bộ cánh gợi sự liên tưởng với cấu trúc aerogel.

Aerogel là vật liệu rất nhẹ, rắn và chịu nhiệt thu được từ các loại gel khác nhau dựa trên silicon dioxide, oxit nhôm, crom và các chất khác. Trong điều kiện đặc biệt, nước được đẩy ra khỏi gel và thay thế bằng khí, tạo ra một cấu trúc xốp. Và các khoảng rỗng trong aerogel chiếm tới 99% tổng khối lượng. Mặc dù mật độ thấp như vậy (một mét khối vật liệu như vậy chỉ nặng vỏn vẹn 1 kg), aerogel có thể chịu được tải trọng khổng lồ. Một đặc tính quan trọng khác của aerogel là độ dẫn nhiệt rất thấp, vì vậy, nó thường được sử dụng làm vật liệu cách nhiệt.

Một nhóm khoa học quốc tế đã phát triển một công nghệ mới cho phép tạo ra aerogel mà không tốn nhiều năng lượng và chi phí tài chính.

Nhiệm vụ chính trong việc tạo ra airogel là đẩy tất cả nước ra khỏi gel ban đầu, thay thế nước bằng không khí, trong khi chất còn lại không được để dính vào nhau. Các phương pháp tạo aerogel hiện có đòi hỏi sự gia nhiệt mạnh mẽ dưới áp suất cao. Những công nghệ như vậy đòi hỏi nhiều năng lượng và tiền bạc. Đây chính là lý do giải thích tại sao loại vật liệu độc đáo này chưa được sử dụng rộng rãi.

Các tác giả của nghiên cứu mới cho rằng gel không cần được sấy khô bằng áp suất và nhiệt độ cao, mà trong điều kiện bình thường nên sử dụng soda thực phẩm (sodium bicarbonate). Các nhà khoa học đã nghiên cứu cánh chuồn chuồn và tính đến phương pháp mô phỏng sinh học khi thấy chuồn chuồn tạo ra các phân tử natri bicarbonate để làm khô cánh của chúng trong quá trình chuyển đổi từ giai đoạn ấu trùng sang trạng thái trưởng thành. Họ đã sử dụng phương pháp tương tự và thêm soda vào gel, sau đó tiến hành một phản ứng hóa học, khi khí carbon dioxide được giải phóng từ soda. Kết quả là khí được “bắt nhốt” trong gel khô và hình thành một cấu trúc xốp bền.

Theo các nhà khoa học, công nghệ này sản xuất được aerogel rẻ hơn tới 96%. Các tác giả hy vọng rằng với thành tựu của họ, loại vật liệu độc đáo sẽ được sử dụng rộng rãi để tạo ra vật liệu cách nhiệt.