Trong một nghiên cứu gần đây trên Tạp chí Nature Communication, các nhà khoa học đã báo cáo thành công trong việc khái niệm hóa và chế tạo vật liệu, bao gồm các tấm tế bào kín được kết nối chặt chẽ với nhau thay vì dạng cấu trúc hình trụ phổ biến trong vài thập kỷ qua.

Tác giả Jens Bauer, nhà nghiên cứu UCI về kỹ thuật cơ khí và hàng không vũ trụ cho biết: "Các thiết kế dựa trên chùm tia trước đây rất được quan tâm, tuy nhiên nó không đạt hiệu quả về tính chất cơ học. Chính vì thế, lớp nanolattice tấm mới mà chúng tôi tạo ra mạnh hơn và cứng hơn đáng kể so với các nanolattice chùm tốt nhất trước đó".

Theo những thông tin trước đó, thiết kế của nhóm đã được chứng minh là cải thiện hiệu suất trung bình của các kiến ​​trúc dựa trên chùm hình trụ lên đến 639% về độ bền và 522% về độ cứng.

Các thành viên phòng thí nghiệm vật liệu kiến ​​trúc của Lorenzo Valdevit cùng giáo sư khoa học và kỹ thuật vật liệu UCI và giáo sư kỹ thuật cơ khí, hàng không vũ trụ đã dùng kính hiển vi điện tử và các công nghệ khác do Viện nghiên cứu vật liệu Irvine cung cấp để xác minh phát hiện khoa học của họ.

Cameron Crook, một sinh viên tốt nghiệp UCI về khoa học vật liệu và kỹ thuật cho biết: "Các nhà khoa học dự đoán rằng các hạt nano được sắp xếp dưới dạng tấm sẽ cực kỳ mạnh mẽ. Nhưng khó khăn trong việc sản xuất các cấu trúc theo cách này, điều đó có nghĩa là lý thuyết này chưa bao giờ được chứng minh cho đến khi chúng tôi thành công trong việc thực hiện nó".

Bauer cho biết, thành tích của nhóm dựa trên quy trình in laser 3D phức tạp. Vì một loại nhựa nhạy cảm với tia cực tím được thêm vào từng lớp, vật liệu này trở thành loại polymer rắn tại các điểm mà hai photon gặp nhau. Kỹ thuật này có thể khiến các tế bào lặp lại trở thành các tấm có khuôn mỏng tới 160 nanomet.

Một trong những đổi mới của nhóm bao gồm các lỗ nhỏ trong các tấm có thể sử dụng để loại bỏ nhựa thừa ra khỏi vật liệu hoàn thiện. Bước cuối cùng, các mạng trải qua quá trình nhiệt phân, trong đó chúng được nung nóng đến 900 độ C trong chân không trong một giờ. 

Theo Bauer, kết quả cuối cùng là một mạng lưới carbon thủy tinh hình khối lập phương có sức mạnh cao nhất mà các nhà khoa học từng nghĩ là có thể đối với một vật liệu xốp như vậy.

Bauer nói rằng, một mục tiêu và thành tựu khác của nghiên cứu là khai thác các tác động cơ học bẩm sinh của các chất cơ bản. Khi lấy bất kỳ mảnh vật liệu nào và giảm đáng kể kích thước của nó xuống 100 nanomet, nó sẽ tiếp cận một tinh thể không có lỗ hổng hoặc vết nứt, giảm các lỗ hổng này làm tăng sức mạnh tổng thể của hệ thống.

"Không ai từng làm cho các cấu trúc này độc lập với quy mô trước đây", Valdevit, người chỉ đạo Viện Thiết kế và Sản xuất Đổi mới của UCI nói thêm.

"Chúng tôi là nhóm đầu tiên xác thực bằng thực nghiệm rằng họ có thể thực hiện tốt như dự đoán trong khi cũng chứng minh một vật liệu kiến ​​trúc có độ bền cơ học chưa từng có".

Nanolattices hứa hẹn rất nhiều cho các kỹ sư kiến trúc, đặc biệt là trong ngành hàng không vũ trụ, bởi vì hy vọng rằng sự kết hợp giữa sức mạnh và mật độ khối lượng thấp của chúng sẽ giúp tăng cường đáng kể hiệu suất của máy bay và tàu vũ trụ.

An Hạ (Theo sciencedaily)