“Gỗ Kim Loại” Làm Từ Niken: Cứng Như Titan, Nhưng Nhẹ Hơn 5 Lần

21 Tháng Năm 20195:43 SA(Xem: 759)

Kim loại là một vật liệu xây dựng tốt, vì nó rất cứng, nhưng nhược điểm là quá nặng. Gỗ nhẹ hơn, nhưng không cứng bằng. Với xuất phát điểm này, các nhà khoa học đã chế tạo ra một loại “gỗ kim loại” từ niken, cứng như titan, nhưng lại nhẹ hơn tới 5 lần.

Một mẩu “gỗ kim loại” dưới kính hiển vi
Một mẩu “gỗ kim loại” dưới kính hiển vi. (Ảnh: ĐH Pennsylvania).

Ai cũng biết rằng thép rất cứng. Nhờ đặc tính này, kết hợp với việc dễ sản xuất và giá thành hợp lý, thép xuất hiện ở khắp nơi trong cuộc sống thường nhật của con người hiện đại chúng ta.

Tuy vậy, thép cùng một số kim loại phổ thông khác không cứng như chúng ta vẫn tưởng. Lý do là vì cách sắp xếp các nguyên tử của chúng chưa phải là tối ưu. Mặc dù kiểu kết cấu kim loại giúp thép, nhôm hay titan cứng và có thể uốn được, nhưng chỉ cần lực tác động vào đúng chỗ và với thời gian đủ dài, kết cấu sắp xếp các nguyên tử kim loại sẽ bị xê dịch và giảm sút đáng kể độ cứng cáp của chúng. Lấy titan làm ví dụ, kim loại này sẽ cứng hơn 10 lần nếu chúng có kết cấu sắp xếp nguyên tử lý tưởng.

Trái lại, gỗ có cách sắp xếp nguyên tử rất lý tưởng. Thành phần chính của gỗ là cellulose, về bản chất chỉ là một loại bột mềm. Nhưng với sự sắp xếp kỳ diệu của Mẹ thiên nhiên, thứ bột nhão nhoét vô dụng ấy lại biến thành những phiến gỗ vừa chắc chắn vừa nhẹ. Và thực tế thì gỗ là một trong những vật liệu xây dựng chính của con người từ xưa tới nay.

Thép cứng hơn gỗ chỉ vì thép đặc hơn mà thôi.

Lấy cảm hứng từ cách sắp xếp các phân tử gỗ, các nhà khoa học đến từ Ngành Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng trường Đại học Pennsylvania, trường Đại học Illinois ở Urbana–Champaign, và trường Đại học Cambridge, đã tiến hành một nghiên cứu để xem có thể sắp xếp lại các nguyên tử kim loại theo kết cấu dạng lỗ rỗng của gỗ được hay không.

Trên thực tế, ý tưởng này đã từng được hiện thực trong quá khứ. Có người biến kim loại nóng chảy thành dạng bọt, nhưng thứ bọt kim loại này quá thô lậu không thể đáp ứng được các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện đại. Có người sử dụng công nghệ in 3D với độ chính xác ở cấp độ nano để in ra thứ kim loại có cấu trúc của gỗ từng chút từng chút một. Nhưng quá trình này quá mất thời gian và không thể áp dụng trên quy mô công nghiệp.

Nghiên cứu mới của nhóm tác giả này không đi theo hai con đường kể trên. James Pikul, giáo sư trợ giảng tại Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí và Cơ khí Ứng dụng tại Khoa Kỹ thuật trường Đại học Pennsylvania, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết: “Lý do chúng tôi gọi nó là gỗ kim loại không chỉ vì khối lượng riêng, tương đương với gỗ, mà còn là vì bản chất giống với cellulose của nó. Các vật liệu cellulose có cấu trúc dạng lỗ rỗng; nếu bạn phóng to các hạt gỗ lên, các bạn sẽ thấy – phần dày, đặc có nhiệm vụ giữ ổn định cho cả kết cấu, còn phần rỗng thì phục vụ các chức năng sinh học, như trao đổi chất giữa các tế bào.”

“Cấu trúc (thứ gỗ kim loại này) của chúng tôi cũng tương tự. Chúng tôi có những khu vực đặc và dày gồm các kim loại cứng, còn các khu vực khác rỗng chứa không khí.”

Cách làm của các nhà khoa học này như sau:

Cách làm của các nhà khoa học
(Ảnh: ĐH Pennsylvania).

Đầu tiên, họ cho các quả cầu nhựa có kích thước vài trăm nanomet vào lơ lửng trong nước. Nước sau đó bay hơi, và các quả cầu biến thành dạng tinh thể có cấu trúc hình học rất tinh xảo.

Sau đó người ta sử dụng công nghệ mạ điện dùng một lớp crôm mỏng và thế là khoảng trống giữa các quả cầu được điền đầy các phân tử niken.

Nhựa sau đó bị dung môi hòa tan, và thứ còn lại là mạng lưới các thanh chống kim loại với độ rỗng khoảng 70% – khiến nó đủ nhẹ để nổi lên trên mặt nước.

Thành phầm thử nghiệm hiện nay là một phiến kim loại mỏng có diện tích khoảng 1 cm2.

Một phiến kim loại mỏng
(Ảnh: ĐH Pennsylvania)

Giá thành chế tạo cũng rất đắt đỏ. Tuy nhiên, các nhà khoa học đang tìm cách phát triển một hệ thống thiết bị cho phép sản xuất số lượng lớn, giúp giảm giá thành sản phẩm. Ngoài ra, người ta cũng phải kiểm tra xem các đặc tính cơ lý của của thứ kim loại mới này ra sao, ví như nó sẽ bị mẻ hay bị vỡ vụn ra dưới tác động của cường lực hay không.

Một điểm thú vị khác là các khoảng rỗng bên trong gỗ kim loại có thể dùng để điền đầy vật liệu khác. Ví dụ như một vật liệu nào đó có tác dụng như một viên pin chẳng hạn, giúp “gỗ kim loại” vừa cứng vừa tự cung cấp năng lượng cho thiết bị.
Theo Tri Thức VN

Gửi ý kiến của bạn
Tên của bạn
Email của bạn
Khi một đại dịch nắm cổ thế giới, một người có thể được quên mất mối đe dọa khác với cách sống của loài người - sự trỗi dậy của robot. Dù đó là điều tốt hay không, robot sẽ thay thế nhiều người trong công việc của họ, các nhà phân tích nói, và sự bùng phát của virus corona đang đẩy nhanh quá trình này. "Mọi người thường nói rằng họ muốn có yếu tố con người trong các tương tác nhưng Covid-19 đã thay đổi điều đó", Martin Ford, một nhà tương lai học viết về cách robot sẽ được tích hợp vào nền kinh tế trong những thập kỷ tới.
Tàu hỏa đang là một trong những phương tiện giao thông quan trọng và ngày càng phát triển. Vậy ai là người đã có công phát minh ra tàu hoả? Vì sao có đá xung quanh đường ray xe lửa? Goerge Stephenson sinh ngày 9/6/1781 tại Northumberland, Anh trong một gia đình công nhân mỏ. Nhà nghèo, Stephenson không được đi học, cậu phải đi chăn bò, nhặt than để phụ giúp gia đình. Tuy vậy, cậu bé Stephenson sớm bộc lộ niềm đam mê với các loại máy móc, từ chiếc xe chở than đến các loại máy bơm nước tại mỏ than nơi bố cậu làm việc.
Không một máy bay hay trực thăng ở trên thế giới mà không qua những thử nghiệm ở trong ống gió (wind tunnel) trước khi được phép bay thật ngoài trời. Xe lửa cao tốc cũng được thử nghiệm qua ống gió để làm sao giảm bớt sức cản của không khí. Ống gió nhiều khi cũng được dùng để thử nghiệm xe hơi và nhà cao tầng. Thế thì ống gió là gì và áp dụng của nó ra sao?
Pioneer Personal Air Landing Vehicle (PAL-V) xe hơi bay đầu tiên trên thế giới. (Hình: Getty Images) MIAMI, Florida (NV) – Sau hơn một thế kỷ nghiên cứu và chế tạo, cuối cùng kiểu xe hơi có thể vừa chạy vừa bay đầu tiên trên thế giới cũng ra mắt tại Miami, tiểu bang Florida, Hoa Kỳ. Nhật báo Daily Mail có trụ sở ở London, Anh Quốc, vào ngày 3 Tháng Mười Hai cho biết kiểu xe bay này có tên gọi là Pioneer Personal Air Landing Vehicle (PAL-V) và nó hoàn toàn sử dụng xăng xe hơi bình thường như các kiểu xe hơi truyền thống khác. Cánh quạt nằm ở vị trí phía trên và phía sau của chiếc xe hơi có thể giúp chiếc xe bay lên tới độ cao 12,500 foot. Trên không kiểu xe này có thể bay với tốc độ lên tới 200 dặm một giờ, còn dưới đất nó có thể chạy với tốc độ lên tới 100 dặm một giờ.
Nhờ công nghệ, cuộc sống ngày nay của chúng ta khác rất nhiều so với thế kỷ trước. Dưới đây là những công nghệ của người Mỹ đã và đang làm thay đổi cuộc sống của con người.
Với tên lửa mặt trăng N1, Liên Xô đã thử nhưng thất bại. Chào mừng bạn đến với Apollo Week, nhân kỷ niệm 50 năm ngày diễn ra sứ mệnh Apollo 11, chúng ta sẽ nói về ý nghĩa của sự kiện này thời điểm hiện tại cũng như vai trò đóng góp đối với tương lai lĩnh vực thám hiểm không gian. Ngày 3/7/1969, chỉ 17 ngày trước khi Neil Armstrong và Buzz Aldrin đặt chân lên Mặt trăng, Liên Xô đã lần thứ hai bắn thử tên lửa mặt trăng của mình, có tên gọi N1. Không có thông báo chính thức nào về nhiệm vụ bí mật này nhưng trong những lần đi qua khu vực thử nghiệm của Liên Xô ở Tyuratam (Kazakhstan), các vệ tinh gián điệp Hoa Kỳ đã thoáng thấy 1 trong 2 bệ phóng của tên lửa mặt trăng bị tàn phá hoàn toàn.
Khoảng đầu tháng 06/2019, một số nguồn tin cho biết, bắt đầu từ năm 2020, NASA sẽ biến Trạm không gian quốc tế thành một địa diểm du lịch không gian và các hoạt động kinh doanh khác. Thực tế, NASA không hoàn toàn nắm quyền sở hữu ISS, và cơ quan hàng không vũ trụ Mỹ hiện cũng không đủ khả năng để tự mình đưa phi hành gia lên quỹ đạo, nhưng điều đó cũng chẳng thể cản họ mở cửa trạm không gian để kinh doanh. Trong một thông báo, Giám đốc tài chính của NASA là Jeff DeWit cho biết các công ty kinh doanh và các phi hành gia tư nhân sẽ có thể tiếp cận ISS - một điều họ chưa từng làm trước đó.
một nhược điểm của việc em bé lớn lên trong môi trường nhân tạo là, kích thước cơ thể, nhất là não bộ có thể thay đổi vì không bị hạn chế bởi kích thước của xương chậu người mẹ. Không biết là loài người sẽ tiến hóa ra sao? Câu hỏi kế tiếp là, nếu không có việc “mang nặng đẻ đau,” mà chỉ theo dõi em bé phát triển trong “bịch nước ối” thì liệu tình mẫu tử có thay đổi hay không?
Đứng ở cuối đường băng của một trong những sân bay lớn nơi chiếc Airbus A380 có thể hoạt động, bạn sẽ nghe thấy có người nói, "Làm sao mà một thứ to lớn như thế bay lên không trung được?!" Đó chính là một vấn đề khác của chiếc máy bay khổng lồ này - và chúng ta sẽ tìm hiểu dưới đây xem làm thế nào để nó
Chiếc máy ảnh đầu tiên đã được định hình từ thế kỷ 11, và các loại máy ảnh của bây giờ được coi là một sự phát triển từ những “camera obscura” tiếng Latin obscura có nghĩa là “buồng tối”. Những “buồng tối” này là một thiết bị có niên đại từ thời cổ xưa của người Trung Hoa và Hy Lạp cổ, dùng một cái ông hay một cái lỗ kim để chiếu lại cảnh vật bên ngoại lộn ngược xuống trên một bề mặt.
Bảo Trợ