Phát triển vật liệu lấy cảm hứng từ lông vũ có thể được sử dụng trong pin và bộ lọc nước

Màu xanh rực rỡ nổi bật của đôi cánh chim xanh phương đông là do mạng lưới các kênh trong lông của nó có đường kính chỉ vài trăm nanomet. Nhận thấy tiềm năng của cấu trúc nối mạng này như một vật liệu có thể sử dụng được đã truyền cảm hứng cho các nhà nghiên cứu từ ETH Zürich cố gắng tái tạo nó trong phòng thí nghiệm.

Sử dụng cao su silicon trong suốt làm nguyên liệu ban đầu, các nhà nghiên cứu đặt nó vào dung dịch dầu và để nó phồng lên trong vài ngày trong lò nung nóng đến 140°F (60°C). Sau đó nó được làm nguội để giảm độ hòa tan của chất lỏng và cao su chiết ra khỏi dung dịch dầu.

Phân tích vật liệu dưới kính hiển vi để xem cấu trúc nano của nó đã thay đổi như thế nào trong quá trình thực hiện, các nhà nghiên cứu xác định được cấu trúc mạng lưới tương tự như cấu trúc trong lông của chim xanh. Sự khác biệt thực sự duy nhất là độ dày của các kênh được hình thành; ở lông vũ, chúng có kích thước xấp xỉ 200 nanomet và ở vật liệu tổng hợp, chúng có kích thước 800 nanomet.

“Chìa khóa” để hình thành cấu trúc mạng mới trong vật liệu là tách pha. Bạn có thể đã gặp phải hiện tượng này trong nhà bếp khi cố gắng trộn dầu và giấm để tạo ra nước sốt salad. Các chất lỏng trộn lẫn khi lắc nhưng tách ra khi ngừng lắc. Tuy nhiên, có thể sử dụng phương pháp thay thế để trộn dầu và giấm: đun nóng rồi làm nguội. Đó là nguyên tắc mà các nhà nghiên cứu đã áp dụng ở đây và việc làm gián đoạn quá trình này là điều tạo ra các kênh cần thiết.

Carla Fernández-Rico - tác giả chính nghiên cứu cho biết: “Chúng tôi có thể kiểm soát và lựa chọn các điều kiện theo cách mà các kênh được hình thành trong quá trình tách pha. Chúng tôi đã thành công trong việc tạm dừng quy trình trước khi hai giai đoạn hợp nhất hoàn toàn với nhau một lần nữa".

Phương pháp được các nhà nghiên cứu sử dụng đã tạo ra vật liệu tổng hợp kích thước vài cm và có thể mở rộng. Bên cạnh đó, các nhà nghiên cứu cho biết chất liệu mới thu hút sự quan tâm của cộng đồng vật lý. “Chúng tôi có hệ thống đơn giản chỉ gồm hai thành phần, nhưng cấu trúc cuối cùng thu được rất phức tạp và kiểm soát bởi đặc tính của thành phần. Một số nhóm lý thuyết đang đề xuất sử dụng các mô hình vật lý tiếp cận chúng tôi để hiểu các nguyên lý vật lý then chốt của quá trình mới này và dự đoán kết quả của nó", Fernández-Rico nhấn mạnh.

Trên thực tế, họ cho biết vật liệu này có thể được sử dụng trong pin và bộ lọc nước. Đối với các bộ lọc nước, tỷ lệ bề mặt trên thể tích là rất lớn khi sử dụng cấu trúc giống như kênh, giúp loại bỏ các chất gây ô nhiễm hiệu quả hơn. Nếu diện tích bề mặt không đủ, chất rắn sẽ tác động lên vật liệu ở tốc độ cao, gây ra sự xuống cấp sớm của màng bề mặt bộ lọc hoặc vật liệu nền bên dưới. Diện tích bộ lọc không đủ cũng sẽ làm tăng mức giảm áp suất trong hệ thống và dẫn đến mức tiêu thụ năng lượng cao hơn.

Chất điện phân của pin là dung dịch dạng lỏng hoặc bột nhão bên trong pin và vận chuyển các ion tích điện dương giữa cực âm và cực dương. Một trong những lý do khiến pin mất khả năng sạc theo thời gian hoặc bị hỏng là do các ion phản ứng với chất điện phân, khiến các điện cực thiết lập tiếp xúc vật lý và làm hỏng pin.

Chất điện phân rắn làm từ vật liệu được phát triển ở đây sẽ tránh tiếp xúc vật lý giữa các điện cực trong khi vẫn duy trì khả năng vận chuyển ion tốt qua pin.

 An Hạ