Phát minh như khoa học viễn tưởng của Mỹ làm rung chuyển ngành vật liệu: Tự chữa lành tới 1.000 lần, tuổi thọ vài trăm năm, thách thức giới hạn công nghệ

Vật liệu mới này giải quyết vấn đề nan giải kéo dài hàng thập kỷ đối với các loại polymer gia cường bằng sợi. Đó là hiện tượng tách lớp bên trong khiến cấu trúc vật liệu bị suy yếu dần theo thời gian. Theo nghiên cứu được công bố trên Tạp chí của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Mỹ, hiện tượng này vốn là rào cản lớn đối với độ bền của các loại vật liệu composite nhẹ.

Để khắc phục, các nhà nghiên cứu đã đưa vào một lớp đệm in 3D làm từ loại polymer nhiệt dẻo có tên là EMAA. Lớp đệm này được đặt giữa các tấm composite và đóng vai trò như một hệ thống sửa chữa tích hợp. Bên cạnh khả năng tự phục hồi, lớp đệm này còn giúp vật liệu tăng khả năng chống tách lớp lên gấp 2-4 lần ngay từ đầu.

Đặc điểm then chốt thứ hai là các phần tử gia nhiệt siêu mỏng được nhúng bên trong vật liệu. Khi xảy ra hư hại, một dòng điện sẽ kích hoạt các lớp này để làm nóng polymer cho đến khi chúng tan ra và chảy vào các vết nứt. Khi nguội đi, vật liệu sẽ liên kết lại và khôi phục tính toàn vẹn của cấu trúc.

Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy vật liệu này có thể trải qua 1.000 chu kỳ hỏng và sửa chữa trong vòng 40 ngày. Mặc dù hiệu suất giảm dần theo thời gian nhưng mức độ suy giảm sức bền là rất nhỏ. Các nhà nghiên cứu ước tính rằng những loại vật liệu composite như vậy có thể tồn tại hơn 1 thế kỷ nếu được sửa chữa định kỳ và thậm chí lên tới vài thế kỷ trong điều kiện tối ưu.

Sự phát triển này có ý nghĩa quan trọng đối với các ngành công nghiệp phụ thuộc vào vật liệu nhẹ để cải thiện hiệu suất. Trong lĩnh vực hàng không và ô tô, vật liệu composite bền hơn sẽ giúp giảm chi phí bảo trì và nâng cao tính an toàn. Trong ngành năng lượng gió, công nghệ này giúp kéo dài tuổi thọ vận hành của các cánh tuabin và giúp giảm thiểu rác thải.

Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng cần phải thử nghiệm thêm trong các điều kiện thực tế như thay đổi nhiệt độ, độ ẩm và va đập trước khi đưa vật liệu này vào ứng dụng thương mại rộng rãi.