Các nhà khoa học ở Đại học California, Los Angeles (UCLA), đã phát triển một quy trình mới sử dụng các hạt nano để kiểm soát sự tăng trưởng phân tử bên trong các thành phần "kiến thiết" của các vật liệu vô cơ .
Tăng trưởng là một hiện tượng phổ biến ở thực vật và động vật. Nhưng nó cũng xảy ra tự nhiên trong hóa chất, kim loại và các vật liệu vô cơ khác. Trong nhiều thập kỷ qua, thực tế này đã đặt ra một thách thức lớn cho các nhà khoa học và kỹ sư, bởi việc kiểm soát sự tăng trưởng trong vật liệu là vô cùng quan trọng để tạo ra các sản phẩm có tính chất vật lý thống nhất khiến cho chúng có thể được sử dụng làm các bộ phận của máy móc và các thiết bị điện tử. Thách thức này còn đặc biệt hóc búa hơn nữa khi các phân tử kiến thiết của vật liệu phát triển nhanh chóng hoặc phải xử lý trong điều kiện khắc nghiệt như ở nhiệt độ cao.
Mới đây, một nhóm nghiên cứu do các nhà nghiên cứu từ Trường Kỹ thuật và Khoa học ứng dụng của UCLA đã phát triển một quy trình mới kiểm soát tăng trưởng phân tử trong các thành phần "kiến thiết" của vật liệu vô cơ. Phương pháp này, sử dụng các hạt nano để tổ chức các thành phần trong giai đoạn quan trọng của quá trình sản xuất, có thể dẫn đến các vật liệu sáng tạo mới, chẳng hạn như vòng bi tự bôi trơn cho động cơ, và làm cho chúng có thể được sản xuất hàng loạt.
Nhà nghiên cứu chính của công trình này và là một giáo sư kỹ thuật cơ khí và hàng không vũ trụ, Xiaochun Li, đã so sánh quy trình mới này với việc tạo ra các điều kiện tốt nhất cho cây cối phát triển trong vườn. "Trong tự nhiên, một số hạt giống nảy mầm sớm hơn những hạt khác và những cây này lớn nhanh hơn, hạn chế sự phát triển của các cây mầm gần đó bằng cách ngăn cản sự tiếp cận của chúng với các chất dinh dưỡng hoặc ánh nắng mặt trời," Li cho biết. "Nhưng nếu các cây phát triển sớm được kiểm soát bằng một chế độ nuôi dưỡng giới hạn sự tăng trưởng của chúng, thì các cây khác sẽ có cơ hội tốt hơn để phát triển khỏe mạnh - tối đa hóa năng suất trong vườn". Li nói: "Chúng tôi đang làm điều này trên kích thước nano, kiểm soát sự tăng trưởng ở cấp nguyên tử bằng cách khóa các tác nhân tăng trưởng để có được các vật liệu hiệu suất cao với tính đồng nhất và đặc tính mong muốn khác. Điều này giống như một chế độ dinh dưỡng được kiểm soát ở cấp nguyên tử để tổng hợp vật liệu".
Phương pháp này sử dụng các hạt nano tự lắp ráp kiểm soát một cách nhanh chóng và hiệu quả các khối kiến thiết của vật liệu khi chúng hình thành trong giai đoạn làm nguội - hoặc phát triển - của quá trình sản xuất. Các hạt nano, làm bằng vật liệu bền nhiệt động lực họ (chẳng hạn như gốm carbonitride titan), được cho vào vạt liệu và khuếch tán bằng siêu âm. Các hạt nano tự tập hợp với nhau thành một lớp phủ mỏng, ngăn chặn đáng kể sự khuếch tán của vật liệu. Kỹ thuật này có hiệu quả đối với cả vật liệu vô cơ lẫn hữu cơ.
Trong nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đã chứng minh phương pháp này có thể được sử dụng cho hợp kim nhôm - bismuth . Thông thường, nhôm và bismuth - như dầu với nước - không thể hoàn toàn hòa trộn vào nhau. Mặc dù chúng có thể tạm thời kết hợp với nhau dưới nhiệt độ cao, nhưng các thành phần tách nhau ra khi hỗn hợp được làm nguội, dẫn đến một hợp kim với tính chất không đồng đều. Nhưng bằng cách sử dụng quá trình được kiểm soát bằng hạt nano, nhóm nghiên cứu đã tạo ra một hợp kim nhôm - bismuth đồng nhất và hiệu suất hoạt động cao.
"Chúng tôi kiểm soát sự tạo mầm và tăng trưởng trong quá trình cứng hóa để có các cấu trúc vi mô kích thước nhỏ và đồng nhất", Lianyi Chen, tác giả chính của nghiên cứu và là một học giả sau tiến sĩ về kỹ thuật cơ khí và hàng không vũ trụ, cho biết. "Với sự kết hợp của các hạt nano, hợp kim nhôm-bismuth có hiệu suất cao hơn gấp 10 lần về giảm ma sát, có thể được sử dụng để làm cho các động cơ nâng cao đáng kể hiệu quả năng lượng".
Li nói rằng phương pháp mới này sẽ hữu ích trong hàng loạt ứng dụng, có thể bao gồm cả những nỗ lực hạn chế sự phát triển của các tế bào ung thư.
KT (nguồn: www.vista.gov.vn)