Khám phá siêu vật liệu Aerogel của tương lai

Con người luôn đi tìm kiếm và chế tạo ra những vật liệu mới với những tính năng ưu việt trong đó có "khí đóng băng" Aerogel. Theo những thông tin khoa học mới nhất của giới nghiên cứu, siêu vật liệu Aerogel với những đặc tính ưu việt, có lẽ sẽ trở thành loại vật liệu tiềm năng, có nhiều ứng dụng trong tương lai.

Khối Aerogel siêu nhẹ để trên một bông hoa.

Con người luôn đi tìm kiếm và chế tạo ra những vật liệu mới với những tính năng ưu việt trong đó có “khí đóng băng” Aerogel. Theo những thông tin khoa học mới nhất của giới nghiên cứu, siêu vật liệu Aerogel với những đặc tính ưu việt, có lẽ sẽ trở thành loại vật liệu tiềm năng, có nhiều ứng dụng trong tương lai.

Aerogel là gì?

Aerogel còn được ông gọi là Alcogel, do được chế tạo từ gel silica (SiO2) và ancol. Nói một cách đơn giản, chỉ cần cho rượu bay hơi khỏi gel silica sẽ tạo ra cấu trúc Aerogel, giống như thổi không khí qua một miếng bọt biển thấm nước vậy, nó sẽ bị khô đi. Tuy nhiên, trên thực tế, nếu để tự nhiên sẽ không bao giờ xảy ra được quá trình đó. Thay vì chỉ dựa trên sự bốc hơi, Aerogel được chế tạo qua các công đoạn như sau:

Ban đầu, cần tạo ra môi trường gel một nhiệt độ và áp suất đạt đến điểm tới hạn- ở mức mà không có sự khác biệt nhiều giữa chất lỏng và chất khí.

Tiếp đến, giữ nguyên mức nhiệt độ ở điểm tới hạn, giảm từ từ áp suất. Khi áp suất giảm, các phân tử được giải phóng dưới dạng khí và lỏng với mật độ không quá dày đặc.

Bước tiếp theo là làm lạnh. Trước khi làm lạnh, sẽ có một lượng rượu nhỏ được ngưng tụ lại thành chất lỏng, sau đó sẽ được chuyển thành dạng hơi như ban đầu.

Những gì còn lại sẽ là một chất rắn bằng silica, nhưng thay vì ở dạng lỏng thì nó lại chứa đầy không khí. Sản phẩm thu được ở bước này có thể gọi là Alcogel. Acogel sau khi bị khử rượu sẽ được gọi là Aerogel (rượu đã bị thay thế bằng khí).

Tính chất: “4 nhất”

Aerogel là một dạng vật liệu có rất nhiều tính chất thú vị: Đầu tiên, Aerogel là dạng vật liệu nhẹ nhất, rắn nhất, cách điện tốt nhất và mật độ vật chất thấp nhất. Nó nhẹ đến mức, có thể đặt được trên một bông hoa. Với thể tích 1 inch khối (khoảng 16,3ml) có thể dát mỏng và phủ lên toàn bộ một sân bóng đá.

Aerogel là một dạng “khí lẫn rắn”, có tới 90% thể tích là không khí, do đó nó chỉ nặng hơn không khí 3 lần và nhẹ hơn thủy tinh tới 1.000 lần. Tuy chủ yếu là khí, nhưng Aerogel có thể chịu được sức nặng gấp từ 500 đến 4.000 lần trọng lượng của nó.

Nó cũng có khả năng cho không khí xuyên qua, chống cháy và có thể thấm cả dầu lẫn nước. Chưa hết, Aerogel vừa có thể làm dây dẫn điện vừa có thể trở thành một chất cách điện tốt nhất từ trước tới nay khi được pha trộn với một số vật liệu khác.

Có 3 loại Aerogel phổ biến nhất hiện nay đó là silica, carbon và oxit kim loại. Điểm yếu của Aerogel là độ giòn, đặc biệt khi làm từ silic. Tuy nhiên, các nhà khoa học của Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) đã thử nghiệm với vật liệu làm từ polymer, ứng dụng tính cách điện của nó cho các tàu vũ trụ. Trộn thêm hợp chất khác vào aerogel căn bản có thể khiến nó linh hoạt hơn.

Ứng dụng: “vật liệu tốt nhất hành tinh”

Với những khả năng phi thường đó, Aerogel xứng đáng với cái tên “vật liệu tốt nhất hành tinh”. Với ngần ấy tính năng ưu việt, Aerogel có thể được áp dụng trong rất nhiều lĩnh vực, cho phép con người làm được những điều chưa từng làm được với các loại vật liệu trước đó. Bởi vì cấu trúc độc đáo của nó, Aerogel cũng được sử dụng như là một chất cách điện “lì lợm” nhất trên Trái đất.

Những bộ quần áo siêu cách điện sử dụng cấu trúc Aerogel có thể hoàn toàn chống lại 3 hiện tượng truyền nhiệt: đối lưu, dẫn nhiệt và bức xạ. Ứng dụng rộng rãi và quan trọng bậc nhất của Aerogel hiện nay phải nói đến trong ngành công nghiệp vũ trụ. Từ các thiết bị cách điện của tàu vũ trụ Mars cho đến các tấm lưới lọc bụi vũ trụ phát ra từ các sao Chổi.

Ngoài ra, NASA cũng đã sử dụng Aerogel để làm kính cửa sổ, vỏ bọc cho các tàu thám hiểm như Mars Pathfinder, Mars Exploration Rovers và Stardust; chế tạo quần áo cách nhiệt cho phi hình gia; làm vỏ máy bay... Ngoài ra, aerogel còn có thể thúc đẩy công nghệ xanh trên toàn thế giới. Carbon aerogel có tiềm năng lớn trong các siêu tụ điện, pin dành cho ô tô điện...

ĐÔNG PHƯƠNG (theo khoahoc.tv)