Mới đây, hai nhà khoa học gốc Việt là GS Phan Thiện Nhân và PGS Dương Minh Hải (Đại học Quốc gia Singapore - NUS) dẫn đầu nhóm nghiên cứu gồm các nhà khoa học thuộc NUS và Viện Nghiên cứu chế tạo Singapore (SIMTech) đã thành công trong việc chế tạo “siêu vật liệu” aerogel từ nhựa phế thải (aerogel PET) với chi phí và thời gian thấp hơn nhiều so với các phương pháp chế tạo aerogel hiện có. Nghiên cứu được cộng đồng khoa học thế giới đánh giá cao vì không chỉ mang lại cơ hội ứng dụng aerogel một cách rộng rãi mà còn góp phần xử lý rác thải nhựa - loại rác thải nguy hiểm đang hủy hoại Trái đất của chúng ta.
KH&CNKH&CN nướcnướcngoài Nghiên cứu đột phá “siêu vật liệu” aerogel PET Mới đây, hai nhà khoa học gốc Việt GS Phan Thiện Nhân PGS Dương Minh Hải (Đại học Quốc gia Singapore - NUS) dẫn đầu nhóm nghiên cứu gồm nhà khoa học thuộc NUS Viện Nghiên cứu chế tạo Singapore (SIMTech) thành công việc chế tạo “siêu vật liệu” aerogel từ nhựa phế thải (aerogel PET) với chi phí thời gian thấp nhiều so với phương pháp chế tạo aerogel có Nghiên cứu cộng đồng khoa học giới đánh giá cao khơng mang lại hội ứng dụng aerogel cách rộng rãi mà góp phần xử lý rác thải nhựa - loại rác thải nguy hiểm hủy hoại Trái đất Siêu vật liệu aerogel Một cách mạng làm thay đổi sống người cách mạng vật liệu Chúng ta ln khơng ngừng tìm kiếm vật liệu mới, tối ưu hơn, rẻ hơn, bền thành tựu đáng ý cách mạng tìm aerogel - vật liệu rắn nhẹ từ trước tới Sự đời aerogel bắt nguồn từ đánh cược GS Samuel Kistler (1900-1975) với đồng nghiệp “có tồn loại gel khơng lỏng”1 Khi đó, khơng tin GS Samuel Kistler người ta ln nghĩ đặc tính lỏng vốn đặc tính cố hữu gel Bằng kiên trì tâm mình, sau nhiều thử nghiệm khơng thất bại, cuối Kistler tìm loại gel trạng thái khí chưa biết đến, chí chưa tưởng tượng Ơng trở thành người thay trạng thái lỏng gel thành trạng thái khí, đặt tên cho “Aerogel” Năm 1931, ơng cơng bố phát Tạp chí Nature Có thể mường tượng vật liệu aerogel dạng vật liệu gel “biến thể” Biến thể gel có nghĩa thành phần lỏng gel thay thành phần khí, có aerogel Sản phẩm aerogel có chất rắn, chứa 90% khơng khí nên nhẹ Một trạng thái, mạng lưới chất rắn chứa thành phần chất lỏng kết dính với Hình Có thể đặt khối aerogel silica cánh hoa mà khơng ảnh hưởng Nhờ tiến kỹ thuật, aerogel nhà khoa học chế biến để có đặc tính theo yêu cầu sử dụng đa dạng công nghiệp Tùy loại vật liệu “gốc” sử dụng chế tạo, aerogel có tính chất ưu việt khác Ví dụ aerogel silica (dạng tìm thấy sớm phổ biến gel khí, gọi “khói đóng băng”), chứa đến 90% khơng khí, nhẹ thủy tinh đến 1.000 lần xem chất rắn nhẹ Số năm 2019 55 KH&CN nước ngồi Aerogel silica giữ kỷ lục vật liệu có tính cách nhiệt tốt chất rắn có mật độ thấp nhất, mg/ cm3 (trong mật độ không khí 1,2 mg/cm3) Tính cách nhiệt 2,54 cm aerogel tương đương với chồng gồm 30 kính cửa sổ nén lại Aerogel carbon có độ xốp diện tích bề mặt lớn (400-1.000 m2/g), vài cm3 vật liệu trải rộng mặt nước với diện tích gần sân bóng Ngồi aerogel carbon đặc biệt chỗ, khả dẫn điện thay đổi tùy theo mật độ: giảm mật độ, cho khả dẫn điện ngược lại Với khả phi thường đó, aerogel xứng đáng với tên gọi “vật liệu tốt hành tinh” nghiên cứu thuộc NUS SIMTech dẫn đầu nhà khoa học gốc Việt GS Phan Thiện Nhân PGS Dương Minh Hải thành công việc chế tạo “siêu vật liệu” aerogel PET Nghiên cứu cộng đồng khoa học giới đánh giá cao khơng mang lại hội ứng dụng aerogel cách rộng rãi mà góp phần xử lý rác thải nhựa - loại rác thải nguy hiểm hủy hoại Trái đất Mỗi năm, mức tiêu thụ chai nhựa toàn cầu tăng lên đặn dự kiến sẽ vượt nửa nghìn tỷ tấn/ năm vào năm 2021 Hình GS Phan Thiện Nhân PGS Dương Minh Hải phòng nghiên cứu Hình Mặc dù nhẹ vật làm aerogel có khả “cõng” vật khác có trọng lượng gấp 500 đến 4.000 lần trọng lượng Hiện nay, cơng nghệ chế tạo aerogel phát triển, nhiều vật liệu bổ sung trình chế tạo để tạo aerogel có nhiều tính Song nhìn chung, tính phổ biến loại vật liệu bị cản trở việc sản xuất aerogel tốn yêu cầu thiết bị tối tân Thành công hai nhà khoa học gốc Việt Những tháng cuối năm 2018, nhiều trang tin công nghệ giới đồng loạt đưa tin việc nhóm 56 Số năm 2019 “Chai nhựa loại chất thải phổ biến có ảnh hưởng bất lợi đến mơi trường Nhóm chúng tơi phát triển phương pháp đơn giản, hiệu xanh để chuyển chai nhựa thải thành aerogel PET cho nhiều mục đích sử dụng thú vị Một chai nhựa tái chế để sản xuất thành aerogel PET cỡ A4 Cơng nghệ chế tạo dễ dàng mở rộng để sản xuất hàng loạt Bằng cách này, chúng tơi giúp giảm bớt thiệt hại môi trường chất thải nhựa gây ra” - PGS Dương Minh Hải cho biết Nhóm nghiên cứu hai năm (từ 8/2016 đến 8/2018) để phát triển công nghệ chế tạo aerogel PET Cơng trình cơng bố tạp chí khoa học Colloids and Surfaces A vào 8/2018 Aerogel PET nhóm nghiên cứu phát triển có nhiều ưu điểm bật mềm, dẻo, bền, cực nhẹ dễ xử lý Nếu giá bán aerogel silica (loại phổ biến thị trường) 40 SGD (tương đương 30 USD) cho cỡ A4 giá sản xuất aerogel PET kích cỡ 0,5 USD Nhóm nghiên cứu rút ngắn quy trình sản xuất thơng thường từ ngày xuống 8-10 KH&CN nước ngồi Hình Sản phẩm aerogel PET nhóm nghiên cứu “Các aerogel PET linh hoạt Với phương pháp xử lý bề mặt khác nhau, chúng tơi tùy chỉnh để phát triển aerogel PET cho ứng dụng khác Ví dụ, kết hợp với nhóm methyl, aerogel PET hấp thụ nhanh lượng lớn dầu, hiệu gấp lần so với chất hấp thụ thương mại có phù hợp để làm dầu tràn” - Giáo sư Phan Thiện Nhân khẳng định Dưới số nhiều ứng dụng bật aerogel PET nhóm nghiên cứu đưa ra: - Áo khoác cứu hỏa nhẹ an tồn: áo khốc cứu hỏa có cồng kềnh thường phải sử dụng với nhiều thiết bị thở an tồn khác Sự nặng nề gây thiệt hại cho lính cứu hỏa, đặc biệt vụ cháy lớn Nếu phủ aerogel PET, áo khốc chịu nhiệt độ lên tới 6200C - cao gấp lần so với lớp lót nhiệt sử dụng áo khốc lính cứu hỏa thơng thường Nhưng đáng q trọng lượng áo giảm tới 90% Sự mềm mại, nhẹ linh hoạt aerogel PET giúp người lính cứu hỏa di chuyển dễ dàng - Mặt nạ giúp hấp thụ carbon dioxide hạt bụi có hại: phủ nhóm amin, aerogel PET nhanh chóng hấp thụ carbon dioxide từ môi trường Khả hấp thụ tương đương với vật liệu sử dụng mặt nạ khí vốn tốn cồng kềnh Để minh họa cho ứng dụng này, nhóm nghiên cứu nhúng lớp mỏng aerogel PET vào mặt nạ thương mại để tạo mặt nạ hấp thụ bụi carbon dioxide cách hiệu GS Nhân cho biết: “Ở quốc gia thị hóa cao Singapore, mặt nạ hấp thụ carbon dioxide áo khoác chịu nhiệt chế tạo aerogel PET đặt bên cạnh bình chữa cháy tòa nhà cao tầng để nâng cao an toàn cho người dân họ khỏi đám cháy” “Mặt nạ lót aerogel PET gia cố amin mang lại lợi ích cho nơi bị nhiễm khơng khí khí thải carbon Những mặt nạ sản xuất dễ dàng tái sử dụng” - PGS Minh khẳng định Các nhà nghiên cứu xem xét việc điều chỉnh bề mặt để aerogel PET hấp thụ loại khí độc carbon monoxide, thành phần nguy hiểm khói Trong nghiên cứu trước đây, nhóm nghiên cứu chuyển đổi thành công giấy thải vải vụn thành cellulose aerogel tương ứng Cùng với thành công aerogel PET, nhóm nghiên cứu trao Giải hạng mục Công nghệ bền vững Cuộc thi Thiết kế tương lai 2018 Tech Brief tổ chức Nhóm nghiên cứu cho biết đăng ký sáng chế cho công nghệ aerogel PET tiếp tục nâng cao hiệu suất aerogel PET khám phá ứng dụng PGS Dương Minh Hải khẳng định, tương lai họ cố gắng làm điều tương tự với chất thải khác lốp xe cũ, bã cà phê, bột đậu nành chí chất thải kim loại Hiện có khoảng 20 công ty giới quan tâm muốn hợp tác với nhóm nghiên cứu ? Duy Tập (tổng hợp) TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.chttps://www.theengineer.co.uk/singapore-petaerogels/ 2.chttps://www.sciencedaily.com/releases/2018/11/ 181102095455.htm 3.chttp://www.cesti.vn/images/cesti/files/STINFO/ N%C4%83m%202011/S%E1%BB%91%203%20-%202011 /Aerogel.pdf http://genk.vn/kham-pha/kham-pha-aerogel-loai-vatlieu-ran-nhe-nhat-tren-the-gioi Số năm 2019 57 ... Nhóm nghiên cứu hai năm (từ 8/2016 đến 8/2018) để phát triển công nghệ chế tạo aerogel PET Cơng trình cơng bố tạp chí khoa học Colloids and Surfaces A vào 8/2018 Aerogel PET nhóm nghiên cứu phát... KH&CN nước ngồi Hình Sản phẩm aerogel PET nhóm nghiên cứu “Các aerogel PET linh hoạt Với phương pháp xử lý bề mặt khác nhau, chúng tơi tùy chỉnh để phát triển aerogel PET cho ứng dụng khác Ví dụ,... Minh Hải phòng nghiên cứu Hình Mặc dù nhẹ vật làm aerogel có khả “cõng” vật khác có trọng lượng gấp 500 đến 4.000 lần trọng lượng Hiện nay, công nghệ chế tạo aerogel phát triển, nhiều vật liệu bổ