Các nhà nghiên cứu tại Đại học Chiết Giang (Trung Quốc) vừa phát triển các chất đàn hồi có thể được sử dụng là vật liệu trong công nghệ in 3D, với những tính năng vượt trội về độ bền và độ dẻo dai.

Vật liệu này có thể giảm nhiệt độ cho các tòa nhà tới 16 độ C vào những ngày nắng nóng, ngay cả dưới bức xạ Mặt trời mạnh. Các nhà nghiên cứu đã kết hợp DNA – vật liệu di truyền của sự sống – và gelatin thành một cấu trúc gel khí xếp thành từng lớp.

Cấu trúc này hấp thu ánh sáng cực tím và chuyển đổi thành ánh sáng nhìn thấy được để chỉ số phản xạ bức xạ Mặt trời vượt 100%, mang lại hiệu quả giảm nhiệt đặc biệt.

DNA từ cá hồi phản ứng với gelatin để tạo cho vật liệu gel khí khả năng hấp thu ánh sáng cực tím. (Ảnh: Shutterstock)

Trong nghiên cứu, công bố ngày 5/7 trên Tạp chí Science, các chuyên gia khẳng định loại gel khí này có thể lắp đặt được trên quy mô lớn thông qua hàn nước, có thể sửa chữa, tái chế và phân hủy sinh học.

Nhà khoa học Phương Tử Chính (Fang Zizheng) từ Đại học Chiết Giang cho rằng cần thay đổi đặc tính vật liệu để có thể nâng cao tính ứng dụng thực tế và hiệu quả của công nghệ in 3D.

Do đó, nhóm đã nghiên cứu và phát triển được nhựa in 3D tạo ra chất đàn hồi có độ bền kéo lên tới  94,6 MPa và độ dẻo dai 310,4 MJ m-3. Cả hai chỉ số này đều cho thấy tính năng vượt xa so với bất kỳ vật liệu đàn hồi in 3D nào. Độ bền kéo là đặc tính chịu được lực kéo đứt vật liệu.

Trong các thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã sử dụng vật liệu mới để in một dây cao su, sau đó kiểm tra độ bền của dây. Kết quả cho thấy, dây cao su có thể được kéo dài gấp 9 lần chiều dài ban đầu và chịu được độ bền kéo 94 MPa mà không bị đứt. Ngoài ra, vật liệu mới còn được sử dụng để tạo ra những đồ vật khác như bóng bay có khả năng chống đâm thủng. 

Các kết quả mô phỏng của nghiên cứu đã chứng minh vật liệu mới này giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường, giảm đáng kể chi phí năng lượng hằng năm để làm mát cho các tòa nhà trên tất cả các thành phố được mô hình hóa.

Theo Giáo sư Ngô Kinh Quân (Wu Jingjun), Đại học Chiết Giang, nghiên cứu mới tạo bước đột phá về vật liệu trong công nghệ in 3D, mở rộng cơ hội sử dụng vật liệu này trong sản xuất quy mô lớn các sản phẩm hiệu suất cao.

Kết quả của nghiên cứu nhấn mạnh vật liệu này được định hướng để cách mạng hóa hiệu quả năng lượng của kiến trúc đô thị. Gel khí mới này, như một lớp bảo vệ bên ngoài, hứa hẹn sẽ giảm đáng kể lượng khí thải carbon và mức tiêu thụ năng lượng, đồng thời mở đường cho các vật liệu làm mát bền vững và sáng tạo trong tương lai. Trung Quốc đã cam kết mục tiêu carbon kép là phát thải carbon đạt đỉnh vào năm 2030 và trung hòa carbon vào năm 2060.

In 3D hay còn gọi là công nghệ bồi đắp vật liệu, là một chuỗi kết hợp các công đoạn khác nhau để tạo ra một vật thể 3 chiều. In 3D đã trở thành một công nghệ quan trọng trong nhiều lĩnh vực sản xuất, nhất là công nghiệp thời trang, thực phẩm, thể thao,… nhờ khả năng tùy chỉnh trong tạo hình sản phẩm. Tuy nhiên, khả năng sản xuất hàng loạt của công nghệ này vẫn gặp phải rào cản nhất định, do tốc độ in thấp và tính chất cơ học không đủ mạnh. 

Những tiến bộ gần đây trong công nghệ in 3D siêu nhanh bằng nhựa hoạt hóa (photo-polymers) đã loại bỏ vấn đề về hiệu quả sản xuất. Tuy nhiên, hiệu suất cơ học của các loại vật liệu nhựa polymer thông thường trong in 3D vẫn kém xa so với những kết quả in sử dụng kỹ thuật in truyền thống. 

Vĩnh Hải (T/h)