Ứng dụng

Phương pháp mới giúp tăng độ bền cho thủy tinh

(KHCN)-Thủy tinh, là một chất rắn vô định hình đồng nhất, có gốc silicát, thường được pha trộn thêm các tạp chất để có tính chất theo ý muốn.

Ảnh minh họa
Trong vật lý học, các chất rắn vô định hình thông thường được sản xuất khi một chất lỏng đủ độ nhớt bị làm lạnh rất nhanh, vì thế không có đủ thời gian để các mắt lưới tinh thể thông thường có thể tạo thành. Thủy tinh cũng được sản xuất như vậy từ gốc silicát. Silicát là điôxít silic (SiO2) có trong dạng đa tinh thể như cát và cũng là thành phần hóa học của thạch anh. Silicát có điểm nóng chảy khoảng 2.000 °C (3.632 °F), vì thế có hai hợp chất thông thường hay được bổ sung vào cát trong công nghệ nấu thủy tinh nhằm giảm nhiệt độ nóng chảy của nó xuống khoảng 1.000 °C. Một trong số đó là sô đa (cacbonat natri Na2CO3), hay bồ tạt (tức cacbonat kali K2CO3). Tuy nhiên, sô đa làm cho thủy tinh bị hòa tan trong nước - là điều người ta không mong muốn, vì thế người ta cho thêm vôi sống (ôxít canxi, CaO) là hợp chất bổ sung để phục hồi tính không hòa tan.

Trong dạng thuần khiết và ở điều kiện bình thường, thủy tinh là một chất trong suốt, tương đối cứng, khó mài mòn, rất trơ hóa học và không hoạt động xét về phương diện sinh học, có thể tạo thành với bề mặt rất nhẵn và trơn. Tuy nhiên, thủy tinh rất dễ gãy hay vỡ thành các mảnh nhọn và sắc dưới tác dụng của lực hay nhiệt một cách đột ngột. Tính chất này có thể giảm nhẹ hay thay đổi bằng cách thêm một số chất bổ sung vào thành phần khi nấu thủy tinh hay xử lý nhiệt.

Thủy tinh được sử dụng rộng rãi trong xây đựng, làm đồ chứa (chai, lọ, cốc, chén, ly, tách v.v) hay vật liệu trang trí.

Có rất nhiều phát minh xung quanh ta được lấy ý tưởng từ thiên nhiên và mới đây, các nhà khoa học tại đại học McGill tại Montreal, Canada đã tạo ra một quy trình mới giúp tăng độ bền của thủy tinh và khi làm rơi, vật thể được chế tạo bằng công nghệ này sẽ có khuynh hướng bị méo thay vì gãy vỡ.

Trước tiên chúng ta hãy nghĩ về con sò - nguồn cảm hứng của phát minh trên. Khi bạn nhìn vào mặt trong vỏ của một loài nhuyễn thể chẳng hạn như bào ngư, trai hay hàu, bạn sẽ thấy một vật liệu phát ngũ sắc óng ánh. Đây được gọi là xà cừ và cũng là yếu tố tạo nên độ bền của vỏ. Mặt ngoài vỏ có thành phần chủ yếu là Calcium carbonate rất dòn, dễ vỡ.

Nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi giáo sư Francois Barthelat đã nghiên cứu cấu trúc bên trong của lớp xà cừ - một lớp bao gồm các phiến rất nhỏ được đan xen vào nhau. Họ cũng phát hiện ra ranh giới giữa các phiến siêu nhỏ này không thẳng mà thay vào đó có hình gợn sóng, giống như các cạnh của một mẫu ghép trong trò chơi xếp hình bằng giấy.

Các nhà khoa học đã mô phỏng ranh giới này trong các phiến thủy tinh siêu nhỏ, bằng việc sử dụng tia laser để chạm trổ mạng lưới các đường nứt micro 3D chiều hình gợn sóng bên trong chúng. Khi các phiến thủy tinh được cho va chạm, những đường nứt micro hấp thụ và phân tán năng lượng, giữ cho thủy tinh không vỡ. Kết quả là những phiến thủy tinh được xử lý bằng kỹ thuật trên có độ bền cao hơn 200 lần so với các phiến thủy tinh bình thường.

Giáo sư Barthelat tin rằng, việc tăng tỉ lệ xử lý từ các phiến thủy tinh nhỏ đến các tấm kính lớn rất đơn giản và nhóm nghiên cứu cũng đang lên kế hoạch áp dụng kỹ thuật vào các vật liệu dòn như gốm và polymer. Báo cáo nghiên cứu của đại học McGill đã vừa được xuất bản trên tạp chí Nature Communications.
TH
Ý kiến bình luận của bạn đã được gửi!
Bật chế độ gõ tiếng Việt
Bình luận của bạn Để thuận tiện cho việc đăng tải, bạn vui lòng nhập ý kiến phản hồi bằng tiếng Việt có dấu.

Thông tin website

Chuyên trang Bản tin khoa học công nghệ.
Thực hiện : Phòng Khoa học - Công nghệ, Trung Tâm CNTT, BộVăn hoá,Thể thao & Du lịch.
Người chịu trách nhiệm chính: Nguyễn Thanh Liêm - Giám đốc.

Địa chỉ: Ngõ 2 số 20, Vân Hồ, Hoa Lư, Hà Nội;
Tel: 0243 9745845
Email: khoahoccongnghe@cinet.gov.vn
Ghi rõ nguồn khi phát lại thông tin từ website này.

Liên hệ Tòa soạn