Câu1:Giới thiệu 10 thành tựu nổi bật của cuộc cách mạng vật liệu hiện đại: 1.Siêu vật liệu chịu được sức nặng gấp 100.000 chính nó: +Với công nghệ in 3D, các nhà khoa học đã tạo ra m
Trang 1Câu1:Giới thiệu 10 thành tựu nổi bật của cuộc cách mạng vật liệu hiện đại:
1.Siêu vật liệu chịu được sức nặng gấp 100.000 chính nó:
+Với công nghệ in
3D, các nhà khoa học đã tạo ra một cấu trúc vật liệu mới siêu nhẹ, siêu bền, được kết hợp giữa kim loại, gốm và chất dẻo linh hoạt và tạo
ra một dạng cấu trúc chịu lực đặc biệt
+Vật liệu này có trọng lượng rất nhẹ,nên nó có thể thay thế cho các c
ấu trúc sắt thép trên những công trình như nhà cao tầng
2.Vật liệu siêu chống thấm:
+Lấy cảm hứng từ lá sen, cánh bướm,
lông vịt - những vật liệu có sự khô ráo tự nhiên, các kỹ sư
trong lĩnh vực mô phỏng sinh học đã cố gắng nghiên cứu bắt chước yế
u tố của thiên nhiên để giải quyết vấn đề
+Các bề mặt không thấm nước này sẽ cản trở sự lưu
hay ngấm nước trên bề mặt và được gọi tên là bề mặt superhydroph obic (siêu chống thấm)
+Hai kỹ sư Julie Crockett và Dan Maynes đến từ ĐH Brigham Youn
g đã sản xuất bề mặt siêu chống thấm bằng cách kết hợp lớp phủ và sử dụng các khoang cấu trúc từ sợi có kích thước 1/10 sợi tóc người +Khi
đưa các cấu trúc cầu tí hon này vào các vật liệu nhôm và oxit đồng,
các giọt nước đã bị chống thấm nhanh
hơn lá sen tới 40%.Vì thế,các chuyên
gia đã thử ứng dụng vật liệu siêu chống thấm này cho các ngành công nghiệp Chúng được phun lên quần áo, áo khoác để tránh thấm nước, hay áp dụng cho vỏ tàu để ngăn chặn sự phát triển sinh vật, giảm ăn m
òn
3.PCM (vật liệu có khả năng điều hòa nhiệt độ):
+Loại vật liệu mới có tên PCM không bị biến dạng, có khả năng hấp
thụ sức nóng dư thừa nếu nhiệt độ quá cao và giải phóng nhiệt khi nhi
ệt độ xuống thấp do các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Nottingha m,tỉnh Ningpo (Trung Quốc) tạo ra
+PCM có thể tiết kiệm 35% năng lượng cho các toà nhà, nâng
cao hiệu quả của các tấm pin mặt trời và sự chiếu sáng của đèn LED
4.Vật liệu siêu dẫn nâng
cao hiệu suất tận dụng năng lượng,tác động lớn tới hướng đầu tư
Trang 2xây dựng cơ sở hạ tầng.Ví dụ xe điện tốc độ cao(400-500km/h) chạy t rên đệm từ
5.Vật liệu trong công nghệ nano:
+Với mức độ tinh vi
ở cấp phân tử,công nghệ nano đã tạo ra những vật liệu siêu cứng,siêu bền,chịu được áp suất lớn và nhiệt độ cao,đặc biệt là siêu nhẹ và chịu được va đập tốt
+Với những tính năng
như vậy,nó đáp ứng được nhu cầu trong nhiều lĩnh vực,đặc biệt là tro
ng ngành hàng không
Ví dụ: Máy bay Airbus 380 với lớp vỏ được cấu tạo từ những sợi thủ
y tinh kết hợp với sợi cacbon tạo thành 1 pháo đài bay
90 tấn chắc chắn
6.Vật liệu thạch cao:
+Bề mặt mịn,phẳng,đẹp mắt,dễ dàng trang trí và có độ cứng tốt,mềm dẻo nên không bị nứt dù được sử dụng trong
1 thời gian dài,có khả năng chống cháy và cách nhiệt tốt
7.Trong
y học,người ta còn ứng dụng vật liệu tổng hợp để chữa bệnh:
+Vật liệu mới "TOFEKS" được dành cho các ca mổ trên nhãn cầu +Vật liệu Ag/TiO2 kích thước nano có khả năng diệt khuẩn mạnh
8.Vật liệu linh kiện quang học,quang điện tử và quang tử:
+Được cấu tạo từ những sợi thủy tinh hoặc plastic đã được tinh chế n hằm cho phép truyền đi tối đa các tín hieeuh ánh sáng mà người ta đã sáng tạo ra cáp quang,đây là phát minh
quan trọng của việc tìm ra vật liệu truyền dẫn nhằm bảo mật thông tin
9.Chế tạo áo giáp chống đạn:
+Viện Công nghệ (Tổng cục Công nghiệp quốc phòng) đã nghiên cứ
u chế tạo thành công áo giáp chống đạn từ vật liệu gốm oxit nhôm (Al2O3) siêu mịn tăng bền bằng
Zr-O2 nano và vật liệu dyneema, có khả năng chống đạn đạt tiêu chuẩn c
ấp III+ theo tiêu chuẩn NIJ0101.04 của Mỹ
10.Chế tạo thiết bị phát hiện chất nổ từ vật liệu nano carbon:
+Thiết bị gồm 2 điện cực, ở giữa là vật liệu nano carbon.Trong
môi trường bình thường không có chất nổ hoặc hóa chất độc hại, dòng điện giữa 2 điện cực đi
Trang 3qua các ống nano được xác định ở mức ổn định Nhưng
khi có sự hiện diện của phân tử hóa chất nào đó với số lượng đủ nhiều
, các ống nano carbon bắt đầu phản ứng với chúng, làm tăng hoặc giả
m dòng điện
Khi phát hiện dòng điện thay đổi, cảm biến sẽ phát cảnh báo đến ngườ
i dùng
5 loại vật liệu mới có nhiều ứng dụng
trong đời sống
1.Vật liệu rắn nhẹ nhất thế giới
Các nhà nghiên cứu thuộc Trường đại học Chiết
Giang, Hàng Châu, Trung Quốc vừa phát triển thành
công loại vật liệu rắn có trọng lượng nhẹ nhất thế
giới Vật liệu rắn này có hình dạng như miếng bọt
biển, được làm từ carbon khô đông lạnh và oxit
graphene Trọng lượng của vật liệu rắn mới thậm chí
nhẹ hơn cả nguyên tố heli khoảng 0,16
miligram/cm3.Sự kết hợp độc đáo giữa vật liệu
graphene với carbon đã thúc đẩy một cuộc cách
mạng công nghiệp mới dựa trên các thành phần có
thể phân hủy và có khả năng chịu lực.Với cấu trúc
độc đáo này, vật liệu rắn mới rất nhẹ, sức chịu đựng
cao và linh hoạt Các nhà khoa học đã thành công
trong việc cân bằng vật liệu rắn này trên cánh hoa
anh đào Vật liệu graphene hai chiều đem lại giải
thưởng Nobel vật lý danh dự cho hai giáo sư Andre
Geim và Kostya Novoselov
(trích từ trang http://khoahoc.tv)
Nhận xét: graphene là vật liệu nhẹ nhất thế giới, được
ca ngợi như vật liệu kỳ diệu, hứa hẹn sự bùng nổ trong
ngành khoa học vật liệu, với các ứng dụng có tiềm năng
vô hạn
Trang 42.Nghiên cứu vật liệu siêu dẫn topo thế hệ mới:
Khi ở nhiệt độ rất thấp, bên trong vật liệu siêu dẫn topo có tính chất tương tự như chất siêu dẫn thông
thường, có thể dẫn điện với điện trở bằng không Đồng thời mặt ngoài của vật liệu siêu dẫn topo lại là một kim loại có điện trở, có thể truyền tải dòng điện.Các nhà khoa học đã lợi dụng quang phổ X để tiến hành phân tích đánh giá tính năng của vật liệu siêu dẫn topo Sau khi tiếp tục nghiên cứu, các nhà khoa học phát hiện những điện tử khác thường giống như hạt lepton trên
bề mặt của vật liệu siêu dẫn topo
(trích từ trang http://khoahoc.tv)
Nhận xét: vật liệu siêu dẫn topo không những bề ngoài
là một kim loại mà bên trong nó đều là vật chất siêu dẫn Việc phát hiện vật liệu siêu dẫn topo sẽ mang lại nhiều triển vọng ứng dụng to lớn cho giới khoa học
3.Vật liệu mới có khả năng làm lành các vết cắt:
Các nhà vật lý Mỹ đã tạo ra được một loại vật liệu siêu mềm, có khả năng chữa lành các vết trầy xước, vết cắt
và có khả năng cảm nhận được sự đụng chạm Loại vật liệu này có thể được dùng để chế tạo da nhân tạo
Tác giả của sáng chế này cho biết: “trước công trình của chúng tôi, thật khó mà tưởng tượng ra được chúng
ta có thể chế tạo ra được một loại vật liệu mềm, có khả năng dẫn điện tốt, lại có thể chữa lành được các vết xước, vết thương Một vết cắt mới sẽ “tự lành” sau vài giây Trong khi, da của con người cũng phải cần vài ngày mới lành được”.Một nhóm các nhà vật lý do nhà khoa học Zhenan Bao, thuộc trường đai học Stanford,
Mỹ đã cố gắng “tái sinh” những đặc điểm nổi bật của
Trang 5da - mềm, bền vững, nhạy cảm cao và có khả năng tự lành vết thương trên một loại vật liệu nhân tạo.Nam 2010,Bao và các đồng nghiệp đã tạo ra một loại vật liệu
có khả năng dẫn điện, có phản ứng khi tiếp xúc và bị
ấn Trong công trình nghiên cứu mới này, các tác giả quyết định đưa thêm công dụng “tự chữa lành vết
thương” vào cho loại vật liệu này Trong những năm gần đây nhiều nhóm các nhà khoa học cũng đã tạo ra được loại vật liệu có khả năng tự lành, nhưng tất cả chúng đều có những thiếu sót khiến chúng không thể được ứng dụng vào làm da nhân tạo.Bao và các đồng nghiệp của ông đã giải quyết thành công bài toán khó này với việc sử dụng thêm 2 thành tố quan trọng:
polymer hydrocarbon và bột nano từ nikel Chuỗi
hydrocarbon vừa mềm lại linh động, rất cần thiết cho tính chất tự lành của da, và nó có thể dẫn điện
được.Nikel đã giải quyết được 2 vấn đề: giúp cho da trở nên bền hơn, trong khi lại nâng cao được khả năng
truyền dẫn của da.Các nhà khoa học đã tạo ra một
miếng mỏng từ vật liệu tổng hợp nano nikel và
polymer Sau đó họ tiến hành kiểm tra xem miếng vật liệu đó phản ứng với vết cắt thế nào Kết quả là “vết thương” trên bề mặt miếng vật liệu đã biến mất chỉ sau vài giây cắt và hoàn toàn biến mất sau 30 phút Một chiếc găng tay làm từ loại vật liệu này có thể cảm nhận được áp lực khi bắt tay.Các nhà sáng chế tin rằng đây
sẽ là loại vật liệu tương lai cho da nhân tạo
(trích từ trang http://khoahoc.tv)
Nhận xét: vì có đặc tính có thể tự chữa lành vết
thương nên loại vật liệu này hứa hẹn sẽ mang lai lợi ích rất lớn trong lĩnh vực y khoa Ứng dụng của loại vật liệu này là rất lớn đối với khoa học vật liệu hiện nay
4.Vật liệu mới cho lĩnh vực công nghệ:
Trang 6Các nhà vật lý học châu Âu đã chế tạo thành công một loại vật liệu mới, gọi là graphene nhân tạo, hứa hẹn mang lại cuộc cách mạng trong lĩnh vực công nghệ Graphene nhân tạo làm từ các vật liệu bán dẫn truyền thống có thể dùng để chế tạo những dòng thiết bị
quang học, điện tử nhẹ hơn, nhanh hơn và đồng thời thu nhỏ kích thước của chúng Theo báo cáo trên
chuyên san Physical Review X, các chuyên gia của đại học Luxembourg cho hay ứng dụng của vật liệu mới bao gồm tế bào pin mặt trời, thiết bị ánh sáng laser hoặc LED.Graphene, một tổ hợp nguyên tử dưới dạng tổ ong với bề dày chỉ 1 nguyên tử, là vật liệu bền chắc, linh hoạt, dẫn điện và trong suốt, đã chứng tỏ tiềm
năng trong lĩnh vực khoa học và công nghệ.Trong khi
đó, graphene nhân tạo có cùng cấu trúc như tổ ong, nhưng thay vì được kết hợp bằng các nguyên tử carbon, các chuyên gia sử dụng tinh thể bán dẫn với độ dày nanomét.Tinh thể nano cho phép thao tác để thay đổi kích thước, hình dạng và tính chất hóa học, cho phép
nó trở thành vật liệu phù hợp cho những nhiệm vụ khác nhau
(trích từ trang http://khoahoc.tv)
Nhận xét: vì vật liệu này bền chắc, linh hoạt, dẫn diện
và trong suốt, nên có rất nhiều ứng dụng trong dời
sống Nó sẽ thay thế vật liệu bán dẫn truyền thống và
có thể chế tạo những dòng thiết bị quang học, điện tử nhẹ hơn, nhanh hơn và đồng thời thu nhỏ kích thước của chúng
5.Vật liệu dùng cho thiết bị cấy ghép từ răng mực ống:
Chúng ta đã biết đến độ bền cực cao của cặp "găng" của tôm tít, khả năng tìm đường bằng sóng siêu âm của loài dơi, đôi mắt không phản chiếu ánh sáng của bướm
Trang 7đêm và hôm nay những chiếc "răng" của mực ống lại tiếp tục mang lại ý tưởng cho các nhà khoa học để phát triển một vật liệu mới, có thể được sử dụng để tạo ra những thiết bị cấy ghép y khoa ít gây đau và ít nguy hiểm hơn.Mực ống có một chiếc mỏ khoằm khá giống
mỏ chim vẹt và chúng ta vẫn hay gọi là "răng" mực Răng mực cứng ở phần đầu nhưng mềm dần đến phần gốc, tức là phần gần miệng Điều này có nghĩa răng của mực có đặc tính cứng mềm giảm dần từ đầu đến gốc,
do đó không có ranh giới đột ngột giữa sự chuyển đổi đặc tính Đây chính là ý tưởng giúp các nhà khoa học tại đại học Case Western Reserve, bang Ohio, Mỹ phát triển vật liệu Răng mực được tạo thành bởi một loại vật liệu nanocomposite, bao gồm một "mạng lưới các sợi chitin được đính với nhau bên trong một cấu trúc
protein liên kết chéo với mật độ tăng dần từ gốc (gần miệng mực) đến đầu nhọn của răng" Răng thường rất
ẩm ướt và ngay cả khi nó khô đi, đặc tính này vẫn hiện hữu.Để chế tạo vật liệu giống răng mực, các nhà khoa học đã bắt đầu với một loại vật liệu khác được tạo ra trước đó dựa trên da của dưa biển với đặc tính cứng khi khô và mềm khi ướt Nhóm nghiên cứu lấy các mẫu vật liệu dưới dạng phim mỏng và thêm vào đó các tinh thể nano cellulose đã được chức năng hóa Các tinh thể này hình thành cấu trúc liên kết chéo khi được phơi dưới ánh sáng và nếu phơi càng nhiều, số lượng kết nối càng tăng Bằng cách phơi tấm phim dưới các nguồn sáng ngày một mạnh hơn dọc theo chiều dài của chúng, họ
đã có thể tạo ra một đầu có tính cứng và mềm dần đến đầu còn lại.Cũng giống như răng của mực và da nhân tạo của dưa biển.Nghiên cứu của đại học Case Western Reserve được dẫn đầu bởi giáo sư Stuart J Rowan và một bài báo cáo về nghiên cứu đã được đăng tải trên
Trang 8tạp chí Journal of the American Chemical Society trong tuần qua
(trích từ trang
http://khoahoc.tv)
Nhận xét: các đặc tính của loại vật liệu mới này thể
hiện rõ ràng hơn khi ướt Bên trong cơ thể con người là một môi trường rất ẩm ướt vì vậy, vật liệu có thể được
sử dụng để tạo ra các thiết bị cấy ghép dưới da như ống đưa thức ăn trực tiếp vào dạ dày, đầu kim gắn dưới da v.v… nhằm thay thế những thiết bị cấy ghép cứng hiện tại không chỉ gây khó chịu mà thậm chí còn phá vỡ các
mô sinh học