Lấy cảm hứng từ vỏ ốc, các nhà nghiên cứu đang phát triển loại bản đồ thiết kế có thể dự đoán được độ kiên cố, độ cứng và độ dẻo của các vật liệu hỗn hợp.
Các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Rice, Mĩ đã đưa ra minh họa để so sánh các đặc tính của cấu trúc vật liệu hỗn hợp, dựa trên các tính toán. Các nhà nghiên cứu đã tạo ra loại bản đồ thiết kế có thể dự đoán được độ kiên cố, độ cứng và độ dẻo của các vật liệu hỗn hợp với kích thước khác nhau.
Nghiên cứu của Đại học Rice lấy cảm hứng từ lớp ánh kim trong vỏ của một số động vật thân mềm. Nghiên cứu này giúp các nhà khoa học và các kĩ sư đánh giá được độ mạnh, độ cứng, độ dẻo của các loại vật liệu, bất kể kích thước nào từ nano cho đến các tòa nhà.
Nhà nghiên cứu Rouzbeh Shahsavari và Navid Sakhavand đã tạo ra những bản đồ phổ quát có thể dự đoán được đặc tính của các vật liệu hỗn hợp tự nhiên hay mô phỏng sinh học (như xà cừ, ngọc trai) và vật liệu tổng hợp (hay cấu trúc nguyên tử) như graphene và boron nitride.
Các công thức tạo bản đồ cấu trúc vật liệu này dựa trên bốn đặc điểm của từng loại vật liệu đó là chiều dài, tỉ lệ dựa trên độ cứng tương ứng, độ dẻo và cách thức các vật liệu gối lên nhau.
Theo các nhà khoa học vật liệu và kĩ sư, độ cứng, độ dẻo và độ bền là các tính chất cơ học quan trọng của vật liệu. Độ bền là khả năng của vật liệu tồn tại trong điều kiện kéo và nén. Độ cứng của vật liệu thể hiện khả năng chống biến dạng. Độ dẻo thể hiện khả năng vật liệu hấp thụ năng lượng.
Nghiên cứu bắt đầu khi Shahsavari quan sát cận cảnh về cấu trúc của lớp xà cừ, trong đó, sức mạnh và độ dẻo được tối đa hóa, mà thường tính loại trừ lẫn nhau. Dưới kính hiển vi, xà cừ trông giống như một bức tường gạch chồng chéo, được tổ chức lại với nhau bởi lớp biopolymer mỏng đàn hồi.
Việc nghiên cứu này là một cột mốc quan trọng hướng tới khả năng để giải mã và tái tạo cấu trúc vật liệu, để có những vật liệu trọng lượng nhẹ, hiệu suất cao hơn. Nghiên cứu này có thể mang lại lợi ích cho ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, tự động và xây dựng.
Thu Giang (Theo Science Daily)
