Các nhà nghiên cứu tại Mỹ vừa phát triển một loại vật liệu composite từ sợi carbon có khả năng tự phục hồi giống da người, đồng thời khôi phục hình dạng ban đầu khi chịu tác động nhiệt và sở hữu độ bền vượt trội so với thép.
Vật liệu mới mang tên Aromatic Thermosetting Copolyester (ATSP), được phát triển bởi các nhà khoa học ở Đại học Texas A&M và Đại học Tulsa, do tiến sĩ Mohammad Naraghi – Giám đốc phòng thí nghiệm vật liệu cấu trúc nano kiêm giáo sư kỹ thuật hàng không vũ trụ tại Texas A&M – dẫn dắt. Nghiên cứu này mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong các ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, quốc phòng và ôtô, theo thông báo đăng trên trang web Đại học Texas A&M hôm 11/8.
Điểm đặc biệt của ATSP nằm ở khả năng trao đổi liên kết độc đáo, cho phép vật liệu tự sửa chữa các vết nứt và biến dạng khi được gia nhiệt, từ đó khôi phục độ bền gần như ban đầu hoặc thậm chí cao hơn. Naraghi giải thích, trong các ứng dụng hàng không vũ trụ, áp lực và nhiệt độ cao có thể gây hư hại nghiêm trọng. Khi các bộ phận quan trọng bị ảnh hưởng, khả năng tự phục hồi theo yêu cầu của ATSP sẽ giúp duy trì chức năng, đồng thời vật liệu cũng có thể nâng cao an toàn cho ôtô, khôi phục hình dạng sau va chạm và bảo vệ hành khách.
Ngoài ra, ATSP còn bền vững hơn nhựa thông thường nhờ khả năng tái chế. Các tính chất hóa học của vật liệu không suy giảm qua nhiều chu kỳ tái định hình, giảm thiểu rác thải mà vẫn đảm bảo độ tin cậy. Khi được gia cố bằng sợi không liên tục vitrimer, ATSP có thể được đúc lại nhiều lần, nghiền nát và định hình thành sản phẩm mới mà không làm biến chất cấu trúc polymer.
Các nhà nghiên cứu đánh giá khả năng tự phục hồi bằng cách kéo giãn và thả vật liệu lặp đi lặp lại, đồng thời đo cách nó lưu trữ và giải phóng năng lượng. Họ xác định hai nhiệt độ quan trọng: nhiệt độ biến đổi thủy tinh, khi chuỗi polymer di chuyển tự do, và nhiệt độ thủy tinh hóa, khi các liên kết đủ hoạt động để phục hồi, tái định hình và khôi phục hình dạng.
Trong thử nghiệm, mẫu ATSP được làm nóng tới khoảng 160°C để kích hoạt khả năng phục hồi. Kết quả cho thấy vật liệu chịu được hàng trăm chu kỳ kéo căng và gia nhiệt mà không hư hại, thậm chí độ bền còn tăng lên sau mỗi lần phục hồi. Ở một thí nghiệm khác, các mẫu hư hại được gia nhiệt tới 280°C sau áp lực. Sau hai chu kỳ hư hỏng – phục hồi, vật liệu gần như lấy lại toàn bộ độ bền ban đầu. Tuy nhiên, đến chu kỳ thứ 5, hiệu quả phục hồi còn khoảng 80% do mỏi cơ học từ các khiếm khuyết sản xuất, nhưng tính ổn định hóa học vẫn được duy trì.
Nhóm nghiên cứu của Naraghi dự định tiếp tục hoàn thiện ATSP, nâng cao độ bền, khả năng bền vững và tính thích ứng trước khi vật liệu được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp.