Các nhà khoa học Trung Quốc tạo ra loại gốm mới có thể uốn cong như kim loại

Trước khi có khám phá này, người ta thường cho rằng tính linh hoạt và độ bền của gốm là đối lập nhau, tính chất này sẽ thấp đi nếu cái kia được cải thiện. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã tạo ra chất gốm đầu tiên trên thế giới có thể uốn cong như kim loại. Sự phát triển này, nếu đúng, có thể cải thiện các khớp nhân tạo và hiệu suất của động cơ.

Chen Kexin, giáo sư tại Khoa Kỹ thuật và Khoa học vật liệu thuộc Quỹ khoa học tự nhiên quốc gia Trung Quốc, người đứng đầu nghiên cứu, nói rằng đây là lần đầu tiên các nhà khoa học tạo ra vật liệu mới có hai thuộc tính cùng lúc, đó là độ cứng của gốm và tính linh hoạt của kim loại.

“Đã có nhiều nghiên cứu về tính dẻo của gốm sứ trên khắp thế giới kể từ khi tôi bắt đầu sự nghiệp của mình cách đây 30 năm. Có thể nói rằng chúng tôi cuối cùng đã đạt được bước đột phá về chủ đề đó. Loại gốm này có thể mang lại cuộc cách mạng cho nhiều ngành công nghiệp”, giáo sư Chen nói.

Vào ngày 27.10, Chen và các cộng sự từ Đại học Thanh Hoa đã công bố phát hiện của họ trên tạp chí Science. Giáo sư Erkka Frankberg của Đại học Tampere ở Phần Lan nói rằng phát hiện này “có thể dẫn đến những vật liệu nhẹ hơn và bền hơn cả những hợp kim kim loại tốt nhất hiện nay”.

Ceramic là loại vật liệu phổ biến rộng rãi, đặc biệt trong lĩnh vực kiến trúc, xây dựng. Ceramic khác với những loại gốm sứ thông thường, là gốm sứ được kỹ thuật hóa bằng công nghệ cao đem lại chất lượng tốt và nhiều ưu điểm nổi trội.

Loại gốm mới sử dụng công nghệ nano để khiến cho nó linh hoạt. Các nhà khoa học đã tạo ra các cột nano với hai dạng tinh thể khác nhau bằng silicon nitride. Khi một lực bên ngoài tác động lên một cấu trúc tinh thể, nó có thể chuyển sang dạng khác. Điều này cho phép vật liệu uốn cong trước khi trở lại hình dạng ban đầu.

Theo các nhà nghiên cứu, chất này đặc biệt thuận lợi để sản xuất động cơ trong ngành hàng không. Vật liệu gốm bền, nhẹ và chịu nhiệt. Động cơ làm từ gốm linh hoạt có thể hoạt động ở nhiệt độ cao hơn đáng kể và tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn nhiều so với động cơ hợp kim điển hình.

Ngoài ra, động cơ bằng gốm giúp phương tiện có thể di chuyển nhanh hơn so với động cơ hợp kim vì nó nhẹ hơn nhiều. Điều này giúp làm giảm áp lực cho các bộ phận khác bằng cách làm nhẹ động cơ.

Vật liệu mới cũng có thể được áp dụng cho động cơ ô tô. Động cơ gốm có thể có bình chứa chất làm mát nhỏ hơn do khả năng chịu nhiệt vượt trội của gốm. Nhiệt độ đốt cháy cao hơn của động cơ gốm có thể tạo ra nhiều lực đẩy hơn và ít gây ô nhiễm hơn.

Bên cạnh đó, gốm làm từ silicon nitride có thể thay thế kim loại trong việc tạo ra các khớp nhân tạo ở người vì chúng tương thích sinh học, nhẹ và kháng vi khuẩn. Hầu hết các khớp giả làm bằng kim loại hiện nay đều phải thay thế sau 10 năm, việc này rất tốn kém và gây đau đớn cho người tiếp nhận. Trong khi đó, các khớp nhân tạo làm bằng gốm có thể tồn tại suốt đời sau khi cấy ghép.

Giáo sư Chen cũng cho biết vật liệu này có thể được sử dụng để chế tạo vòng bi, một bộ phận thiết yếu của tua bin gió kết nối máy phát điện với cánh quạt. Độ bền của mỗi ổ trục yêu cầu phải duy trì hàng tấn áp suất trong khi sử dụng, ảnh hưởng đến tuổi thọ chung của hệ thống.

Chen giải thích: “Gốm silicon nitride linh hoạt có thể được sử dụng để chế tạo các vòng bi có tuổi thọ cao hơn, giúp giảm chi phí trung bình của năng lượng gió. Chúng ta có thể sản xuất vật liệu gốm này trên quy mô lớn, điều này mang đến một lợi thế rõ ràng về giá cả trong lĩnh vực thiết bị cao cấp”.