Vỏ giáp của một sinh vật biển, loài thân mềm điệp tròn (Placuna placenta), không chỉ đặc biệt dai bền, mà còn đủ trong để có thể nhìn xuyên qua. Các nhà nghiên cứu thuộc MIT đã phân tích cấu trúc vỏ để xác định chính xác nguyên nhân tại sao chúng lại có khả năng chống chịu được quá trình xâm nhập và tổn hại - mặc dù thành phần của chúng chứa đựng đến 99% canxit, một khoáng chất giòn và yếu.
Đặc tính độc đáo của lớp vỏ này xuất phát từ một cấu trúc nano đặc biệt có độ trong quang học, cho phép tiêu tán năng lượng hiệu quả và có khả năng hạn chế biến dạng, theo phát hiện của các nhà nghiên cứu. Kết quả công trình nghiên cứu đã được công bố trên Tạp chí Nature Materials với các tác giả là Giáo sư ngành khoa học và kỹ thuật vật liệu Christine Ortiz và sinh viên thuộc MIT Ling Li.
Theo Giáo sư Ortiz cho biết, các loại vỏ bọc chế tạo từ gốm, trong khi được thiết kế có khả năng chống chịu sự xâm lấn, thường thiếu khả năng chịu được những va đập mạnh, do biến dạng và rạn nứt trên diện rộng gây tổn hại đến tính nguyên vẹn cấu trúc. Đối với các hệ vỏ bọc trong suốt, sự biến dạng như vậy còn có thể làm mờ tầm nhìn.
Các loài sinh vật có bộ xương ngoài tiến hóa tự nhiên - đa số có cấu trúc ceramic - đã phát triển các thiết kế độc đáo, có thể chịu đựng được sự tấn công xâm lấn từ các động vật khác. Vỏ của một số ít loài, chẳng hạn như Placuna placenta còn có độ rõ quang.
Để kiểm tra chính xác vỏ bọc với thành phần gồm canxit và khoảng 1% vật chất hữu cơ sẽ phản ứng như thế nào với sự xâm nhập, các nhà nghiên cứu chuẩn bị mẫu để thử độ va đập lõm, sử dụng một đầu kim cương sắc nhọn trong một thí nghiệm được thiết lập có thể đo chính xác trọng tải. Sau đó, họ sử dụng các phương pháp phân tích độ phân giải cao, như kính hiển vi điện tử và nhiễu xạ để kiểm tra kết quả tổn hại.
Kết quả chom thấy loại vật liệu này đã có thể khu trú sự tổn hại bằng một quá trình ở cấp nguyên tử gọi là "song tinh" (twinning) bên trong các đơn tinh thể ceramic: Một tinh thể vỡ thành một cặp gồm hai vùng phản chiếu có một ranh giới chung, giống như hai cánh của con bướm. Quá trình song tinh này xảy ra xung quanh vùng chịu ứng suất, giúp tạo nên một dạng ranh giới giữ cho sự tổn hại không lan rộng ra bên ngoài.
Các nhà nghiên cứu của MIT phát hiện ra rằng, quá trình song tinh sau đó đã kích hoạt "một loạt các cơ chế tiêu tán năng lượng bổ sung bảo vệ tính nguyên vẹn cơ học và quang học của vật liệu ở vùng xung quanh. Điều này tạo ra một loại vật liệu có hiệu suất tán xạ năng lượng cao hơn gấp 10 lần so với khoáng chất tinh khiết. Các đặc tính của loại vỏ giáp tự nhiên này làm cho nó trở thành một khuôn mẫu đầy hứa hẹn để phát triển vật liệu tổng hợp theo hướng sinh học, phục vụ cho các ứng dụng thực tế, trong cả lĩnh vực thương mại và quân sự - như bộ phận bảo vệ mắt và phần mặt cho binh lính, cửa sổ, kính chắn gió, và màn chống nổ.
Kết quả công trình đã chứng minh được tính hiệu quả của song tinh biến dạng kích thước nano trong tiêu tán năng lượng của vật liệu gốm sinh học và mở ra hướng phát triển vật liệu nhân tạo mới.
(Nguồn: www.vista.gov.vn)
Đ.B.H (Theo Nanowerk News, 30/3/2014)