Phát triển vật liệu siêu chịu lực theo kết cấu lông nhím

TS Trần Phương và cộng sự tìm ra kết cấu vật liệu tiềm năng có thể tạo ống thép mỏng nhẹ chịu lực tốt, lấy cảm hứng từ lông nhím.

Bản thiết kế (trái) và kết cấu 3D được nhóm in thành công.

Cấu trúc đặc biệt từ lông nhím có thể là cơ sở để phát triển một loại vật liệu mới được TS Trần Phương, Trung tâm Vật liệu in 3D, Đại học RMIT (Australia) phát hiện khi nghiên cứu vật liệu lấy cảm hứng từ thiên nhiên.

Sử dụng phương pháp phân tích bằng X-quang và kính siêu hiển vi điện tử, ông phát hiện lông nhím có cấu tạo bên trong phức tạp hơn tưởng tượng. Giống như tóc người, thành phần lông nhím gồm hàng trăm lớp vỏ keratin mỏng 100 micromet. Đặc biệt, phần lõi xốp nhẹ có kích thước gấp 15 lần lớp vỏ được cho là yếu tố quyết định đến khả năng chịu lực của lông nhím.

Nhóm nghiên cứu đã chia nhỏ các đoạn lông nhím để nén với cường độ 45 MPa và tính toán quá trình biến dạng và khả năng chịu lực. Kết quả cho thấy, các thành phần trong cấu trúc lông nhím bị xô lệch khi lực tác động, nhưng nhờ có lõi xốp, lông nhím không bị biến dạng nhiều.

Dựa trên kết quả này, TS Phương cho biết nhóm nghiên cứu đã phát triển phần mềm chuyên dụng để thiết kế kết cấu 3D có đặc điểm thành phần và cấu trúc giống lông nhím. Vật liệu in thay thế chất keratin lông nhím là nhựa trong suốt accura clearvue với ưu điểm về độ bền và chính xác trong quá trình thiết kế.

Theo kết cấu in mới, lớp vỏ ngoài cùng, được bao bọc bên trong là hàng nghìn thanh nhựa siêu mỏng với đường kính khoảng 1 milimet liên kết đối xứng với nhau để tạo thành cấu trúc xốp, phân bố đều khi có lực nén. Giống như lông nhím, phần lõi xốp này đóng vai trò ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng chịu lực của kết cấu. 

Kết quả thử nghiệm cho thấy kết cấu này có thể chịu lực theo phương thẳng đứng với cường độ cao, lên tới 259 MPa. TS Phương cho biết, kết cấu này có thể ứng dụng để tạo ống thép, nhôm mỏng nhẹ mà chịu lực tốt, hoặc phát triển các thanh giảm chấn cho xe ô tô khi va chạm, tránh hư hỏng và tai nạn.

Ông cho biết, ngoài nhựa, nhóm sẽ in kết cấu này bằng nhiều vật liệu khác nhau như cao su, nhôm, thép để đưa vào công trình thử nghiệm.

Theo Vnexpress