Theo các kỹ sư của Trường Đại học Rice, các hạt xốp canxi và silic cho thấy tiềm năng vật liệu khối xây dựng cho nhiều ứng dụng như vật liệu tự phục hồi, kỹ thuật tạo mô xương, phân phối thuốc, cách điện, chất liệu gốm sứ và vật liệu xây dựng ở kích thước nano.
Các nhà nghiên cứu về vật liệu hạt đã tạo ra một loạt các hạt xốp có đường kính từ 150 đến 550 nanomet, nhỏ hơn độ dày của một tờ giấy gấp hàng ngàn lần - với các lỗ có chiều rộng bằng một sợi ADN.
Sau đó họ kết hợp các hạt này thành các tấm và viên nhỏ có kích thước micro để xem các chuỗi hạt có bị tác động dưới áp lực máy thụt nano kiểm tra độ cứng của vật liệu.
Kết quả của hơn 900 thử nghiệm cho thấy các hạt nano lớn hơn có độ cứng so với các hạt nhỏ hơn là 120%.
Đây là bằng chứng rõ ràng về hiệu ứng kích thước nội tại, các hạt từ 300 đến 500 nanomét có các dạng giòn hoặc mềm hoặc dẻo, dù chúng đều có cùng các lỗ nhỏ kích thước từ 2 đến 4 nanomet. Nhưng khi các hạt lớn cùng kích thước được xếp chồng lên nhau, hiệu ứng kích thước không có tác dụng trên toàn cấu trúc lớn hơn.
Nguyên tắc này có ý nghĩa quan trọng đối với các nhà khoa học và kỹ sư nghiên cứu các hạt nano làm khối xây dựng trong tất cả các loại chế tạo từ dưới lên.
Với các khối xây dựng xốp, việc kiểm soát liên kết giữa độ rỗng, kích thước hạt và tính chất cơ học là điều thiết yếu đối với tính toàn vẹn của hệ thống cho bất kỳ ứng dụng nào. Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học phát hiện thấy khi gia tăng kích thước hạt trong khi vẫn giữ kích thước lỗ rỗng sẽ có sự chuyển đổi tính chất từ giòn đến dẻo.
Điều này có nghĩa là các hạt silicat canxi siêu hiển vi lớn hơn sẽ cứng hơn và linh hoạt hơn so với các hạt nhỏ hơn, làm cho chúng có khả năng chịu lực cao hơn.
Thí nghiệm kiểm tra các mảng tự gắn kết của các hạt siêu nhỏ và các mảng kết khối đặt dưới khối lượng 5 tấn bên trong một máy ép hình trụ.
Bốn kích cỡ hạ khác nhau tự lắp ráp thành các tấm mỏng. Các nhà nghiên cứu nhận thấy hiệu ứng kích thước nội tại phần lớn đã biến mất khi độ cứng của các tấm mỏng thay đổi. Ở những đoạn mỏng, các hạt liên kết yếu dễ dàng bị đầu thụt nano xuyên qua bề mặt thủy tinh. Ở những đoạn dày, tấm màng sẽ bị vỡ.
Các nhà khoa học quan sát thấy khi lực tối đa tăng lên, độ kết đặc của các các hạt dưới tải càng lớn hơn. Khi đạt đến cao điểm, các hạt này có mật độ dày đặc và bắt đầu tập chung lại thành một màng đơn.
Các hạt được tạo từ các hạt nano có kích thước khác nhau bị biến dạng dưới áp lực từ máy thụt nano nhưng không có bằng chứng nào cho thấy chúng trở nên cứng hơn khi gặp áp lực nặng hơn.
Bước tiếp theo, các nhà nghiên cứu chú ý đến việc chế tạo các siêu cấu trúc tự lắp ráp với kích thước hạt có thể điều chỉnh được, mở rộng các chức năng của chúng, như bốc và dỡ hàng với chất liệu bít nhạy cảm với các kích thích, đồng thời có tính toàn vẹn cơ học nhất.
VLXD.org (Theo Sciencedaily)
