Top 6 siêu vật liệu có thể làm thay đổi thế giới

Vật liệu tự phục hồi mang tên nhựa sinh học

Đây là một trong những khám phá thế giới công nghệ vật liệu thành công do giáo sư Scott White tại Đại học Illinois tìm ra. Vào năm ngoái, phòng thí nghiệm của White đã phát minh ra một loại polymer mới có thể tự rỉ ra để sửa chữa một lỗ hổng ở kích thước có thể nhìn thấy được.

Vật liệu này là 1 trong nhiều khám phá thế giới công nghệ được chú ý nhất hiện nay

Các polymer này có một hệ thống mạch chất lỏng mà khi vỡ sẽ tràn ra, sau đó đông thành cục giống như máu. Mặc dù đã tồn tại vật liệu có thể chữa lành các vết nứt nhỏ nhưng vật liệu mới này có thể sửa chữa một lỗ rộng tới 4mm với các vết nứt tỏa ra xung quanh nó. Da người có thể tự chữa lành vết thủng này, nhưng đây là một sự đột phá với chất dẻo. Trong tương lai gần, vật liệu tự phục hồi có lẽ sẽ dùng chủ yếu trong công nghệ vũ trụ.

Khám phá thế giới công nghệ về vật liệu nhiệt điện

Nhiệt thải là kết quả tất yếu của việc chạy bất kỳ thiết bị có sử dụng điện. Một ước tính cho thấy lượng nhiệt thải ra bằng hai phần ba của toàn năng lượng sử dụng, đó là lý do nhiều nhà khoa học đã tìm cách tận dụng lượng nhiệt thải này. Câu trả lời là vật liệu nhiệt điện - chất liệu tạo ra điện từ sự chênh lệch nhiệt độ.

Khám phá thế giới này là một trong nhiều thành tựu trong ngành công nghệ vật liệu

Năm ngoái, công ty Alphabet Energy ở California (Mỹ) đã giới thiệu một máy phát nhiệt điện cắm thẳng vào ống xả của máy phát điện thông thường, biến nhiệt thải thành điện năng hữu ích. Máy phát điện của Alphabet Energy sử dụng vật liệu nhiệt điện tương đối rẻ và tự nhiên gọi là tetrahedrite. Vật liệu này có thể đạt hiệu suất 5-10%.

Các vật liệu nhiệt điện hiện nay vẫn có giá thành cao, do đó thường được sử dụng ở các dự án như tàu vũ trụ. Mới đây các nhà khoa học cũng đã thử nghiệm với một vật liệu nhiệt điện có hiệu suất cao gọi là skutterudite, đó là một loại khoáng chất có chứa coban. Skutterudite có thể sở hữu mức giá rẻ hơn và có hiệu suất đủ cao để bao bọc xung quanh ống xả của xe hơi, tủ lạnh và nhiều thiết bị tiêu tốn năng lượng khác.

Tế bào năng lượng mặt trời giá rẻ Perovskites

Trở ngại lớn nhất trong việc sử dụng nguồn năng lượng tái tạo luôn luôn là tiền bạc. Năng lượng mặt trời rẻ nhưng để tạo ra một nhà máy điện sử dụng các tế bào năng lượng mặt trời từ tinh thể silicon vẫn là một quá trình tốn kém, tiêu tốn năng lượng. Vật liệu có thể làm thay đổi điều này là perovskites.

Tế bào năng lượng này là 1 trong nhiều khám phá thế giới quan trọng với nhân loại

Perovskites được phát hiện từ hơn một thế kỷ trước, nhưng các nhà khoa học chỉ mới nhận ra tiềm năng của nó gần đây. Trong năm 2009, các tế bào năng lượng mặt trời làm từ perovskites có hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời lên đến 3,8%. Tới năm 2014, con số này đã lên tới 19,3%. So với các tế bào tinh thể silicon truyền thống với hiệu suất dao động trong khoảng 20% thì hiệu suất này chưa cao, nhưng ở đây có hai điểm quan trọng khác cần xét tới. Thứ nhất, hiệu suất perovskites đã nhảy vọt chỉ trong một vài năm và các nhà khoa học nghĩ rằng nó còn có thể tăng thêm và thứ hai là perovskites rẻ hơn rất nhiều.

Perovskites là một loại vật liệu được xác định bởi một cấu trúc tinh thể đặc biệt. Chúng có thể chứa số lượng nguyên tố bất kỳ, đối với perovskites sử dụng trong các tế bào năng lượng mặt trời thường là chì và thiếc. Những nguyên liệu này có giá rẻ so với silicon tinh thể và chúng có thể được phun lên kính dễ dàng. Oxford Photovoltaics là một trong những công ty hàng đầu đang cố gắng để thương mại hóa perovskites, đưa sự tuyệt vời của chúng trong phòng thí nghiệm vào thế giới thực.

Vật liệu siêu nhẹ và cứng Aerogel

Aerogel không giống như một vật liệu thực. Mặc dù nhẹ và tinh khiết như không khí nhưng chúng có khả năng chịu được sức nóng của một đèn hàn và trọng lượng của một chiếc xe hơi. Vật liệu này gần giống như cái tên của nó: là chất gel mà các chất lỏng đã được thay thế hoàn toàn bằng khí.

Vật liệu này còn có tên khác là "khói đóng băng" và "khói xanh"

Aerogel có khả năng cách nhiệt cực kì tốt, thậm chí gần tương đương với không khí thông thường. Aerogel làm từ chất silic có thể chịu được nhiệt độ tới hơn 1000 độ C trước khi bị tan chảy. Thêm vào đó, aerogel rất nhẹ, khối lượng riêng của nó thậm chí còn thấp hơn khí heli.

Aerogel được đánh giá là siêu nhẹ

Dù nhẹ như vậy nhưng aerogel lại rất khỏe nhờ cấu trúc đặc biệt của nó. Một khối aerogel nhỏ cũng có thể chịu được trọng lượng của một cục gạch hay thậm chí là cả chiếc xe ô tô. Điểm yếu của vật liệu này là nó rất giòn và đắt đỏ. Hiện các nhà khoa học tại NASA đang thử nghiệm aerogel có tính dẻo vào công nghệ chế tạo tàu vũ trụ, nhằm tận dụng khả năng cách nhiệt của nó trong quá trình di chuyển qua bầu khí quyển.

Siêu vật liệu tàng hình

Trong thực tế, những siêu vật liệu với cấu trúc nano được thiết kế để tán xạ ánh sáng theo những cách đặc biệt có thể sẽ được sử dụng để làm cho các đối tượng trở nên vô hình. Điều thú vị hơn về siêu vật liệu này là chúng không chỉ chuyển hướng ánh sáng trong phổ nhìn thấy.

Vật liệu tàng hình này khiến cho con người cảm thấy như một màn ảo thuật

Tùy thuộc vào cách thức và cấu tạo, chất liệu này cũng có thể chuyển hướng vi sóng, sóng radio, hoặc sóng T (nằm giữa vi sóng và sóng hồng ngoại trong phổ điện từ). Siêu vật liệu "tàng hình" này có thể được áp dụng trong các máy quét T-ray y học, máy quét an ninh hoặc các anten nhỏ gọn.

Chất dẫn hiệu suất 100% Stanene

Cũng giống như graphene, stanene cũng được cấu tạo từ một lớp đơn nguyên tử. Tuy nhiên, thay vì carbon, stanene được làm bằng thiếc và điều này làm nên sự khác biệt của stanene mà graphene không thể đạt được: dẫn điện với hiệu suất 100%.

Hiếm có vật liệu nào có hiệu suất dẫn 100% như Stanene

Stanene lần đầu tiên được đưa ra trên lý thuyết vào năm 2013 bởi giáo sư của Stanford, Shoucheng Zhang - người chuyên nghiên cứu về việc dự đoán các tính chất điện tử của vật liệu như stanene. Theo mô hình của ông, stanene là một chất cách điện tô pô, có nghĩa là các cạnh của nó là một chất dẫn điện và bên trong của nó là một chất cách điện.

Điều này có nghĩa là stanene có thể dẫn điện với điện trở bằng không ở nhiệt độ phòng. Tính chất của stanene vẫn chưa được kiểm tra thực nghiệm nhưng nhiều dự đoán của Zhang về các chất cách điện tô pô khác đã được chứng minh là đúng.

Vy Vy