Tăng trưởng là một hiện tượng phổ biến ở động vật và thực vật. Nhưng nó cũng xuất hiện một cách tự nhiên trong các chất hóa học, kim loại và các vật liệu vô cơ khác. Trong nhiều thập kỷ, hiện tượng này đã đặt ra một thách thức lớn cho các nhà khoa học và kỹ sư. Kiểm soát sự tăng trưởng của các loại vật liệu mang tính quyết định đến việc tạo ra các sản phầm có các đặc tính vật lý thống nhất sao cho chúng có thể được sử dụng như các bộ phận của máy móc và các linh kiện điện tử. Thách thức này đã từng gây nhiều tranh cãi đặc biệt khi các khối kiến tạo phân tử của vật liệu tăng trưởng một cách nhanh chóng hoặc phát triển trong điều kiện khắc nghiệt, chẳng hạn như nhiệt độ cao.
Hiện nay, một nhóm nghiên cứu do các nhà khoa học thuộc Trường Đại học Kỹ thuật và khoa học ứng dụng UCLA Henry Samueli (Mỹ) đứng đầu đã phát triển thành công một phương pháp mới để kiểm soát sự tăng trưởng của phân tử trong các thành phần "kiến tạo"của các vật liệu vô cơ. Phương pháp sử dụng các hạt nano để thiết lập các thành phần trong giai đoạn quan trọng của quá trình sản xuất này có thể tạo ra các loại vật liệu cách tân mới, chẳng hạn như các loại ổ trục tự bôi trơn cho máy móc, và rất khả thi để có thể sản xuất hàng loạt. Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí Nature Communications.
Xiaochun Li, Chủ tịch Công ty Cơ khí Chế tạo Raytheon tại Đại học UCLA - Giáo sư Cơ khí và Hàng không Vũ trụ và các nhà nghiên cứu chính đã tiến hành nghiên cứu, so sánh phương pháp mới này nhằm tạo ra các điều kiện tốt nhất để các cây thực vật phát triển trong một khu vườn.
"Trong tự nhiên, một số loại hạt giống nảy mầm sớm hơn những hạt giống khác và các cây này cũng phát triển nhanh hơn, cản trở các chồi non phát triển gần đó do hạn chế chúng tiếp nhận các chất dinh dưỡng hoặc ánh sáng mặt trời. Nhưng nếu các cây này bị kiểm soát chế độ dinh dưỡng sẽ giới hạn được sự tăng trưởng của chúng, thì những cây khác sẽ có cơ hội tốt để phát triển khỏe mạnh hơn - tối đa hóa năng suất cây trồng". "Chúng tôi đang nghiên cứu vấn đề này ở cấp nano, việc kiểm soát sự phát triển ở cấp nguyên tử bằng các tác nhân kìm hãm phát triển vật lý để thu được các loại vật hiệu suất cao với các đặc tính đồng nhất và những mong muốn khác. Điều này giống như một chế độ ăn uống nguyên tử có kiểm soát để tổng hợp vật liệu", Li cho biết.
Phương pháp này sử dụng các hạt nano tự lắp ráp để điều khiển nhanh chóng và hiệu quả các khối kiến tạo của vật liệu khi chúng hình thành trong giai đoạn làm lạnh - hay tăng trưởng - của quá trình sản xuất. Các hạt nano này, được làm bằng vật liệu bền động nhiệt (chẳng hạn như ceramic titanium carbonitride), được bổ sung vào và phân tán bằng phương pháp phân tán siêu âm. Các hạt nano này tự động tập hợp lại như lớp màng bọc mỏng bên ngoài, kìm hãm đáng kể sự khuếch tán của các vật liệu. Kỹ thuật này có hiệu quả đối với cả vật liệu hữu cơ và vô cơ.
Các nhà nghiên cứu đã chứng minh phương pháp này có thể sử dụng đối với các hợp kim nhôm-bitmut. Thông thường, nhôm và bitmut - giống như dầu và nước - không thể hòa trộn hoàn toàn. Mặc dù có thể liên kết tạm thời ở nhiệt cao, các phần tử này tách nhau ra khi hỗn hợp bị làm lạnh, dẫn đến một hợp kim có các đặc tính không đều. Nhưng bằng phương pháp kiểm soát hạt nano này, nhóm nghiên cứu thuộc UCLA đã tạo ta được một hợp kim nhôm-bitmut hiệu suất cao và đồng nhất.
Lianyi Chen, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ về kỹ thuật cơ khí và hàng không vũ trụ, đồng thời là tác giả chính của nghiên cứu này cho biết: "Chúng tôi đang kiểm soát sự tăng trưởng và cấu tạo hạt nhân trong quá trình phát triển đông cứu để đạt được sự đồng nhất và các vi cấu trúc kích cỡ chính xác. Bằng sự kết hợp của các hạt nano, hợp kim nhôm - bitmut hiệu quả hơn 10 lần về khía cạnh giảm giảm ma sát, giúp tạo ra các công cụ đạt hiệu quả năng lượng cao".
Phương pháp tiếp cận mới này sẽ hữu ích trong hàng loạt các mảng ứng dụng, có thể bao gồm cả những nỗ lực nhằm hạn chế sự phát triển của các tế bào ung thư. Li cho biết.
KT (nguồn: www.vista.gov,vn)