Trang chủ / 3D printing / Thiết kế vật liệu trong tương lai sẽ ra sao?
(Credit: Tahra Al Hammadi/Masdar Institute News)

Thiết kế vật liệu trong tương lai sẽ ra sao?

Cho dù là trong xây dựng, công nghiệp vũ trụ hay điện tử, việc chọn vật liệu phù hợp trong công việc luôn là điều khó khăn, bó hẹp trong một số lượng hạn chế các lựa chọn. Hiện nay, một nghiên cứu phát triển tại Học Viện Masdar, thuộc vương quốc Ả Rập, đã đánh dấu một bước chuyển quan trọng trong lĩnh vực thiết kế vật liệu chức năng có thể điều chỉnh để thích ứng với một ứng dụng nhất định.

Thay vì tạo ra một nguyên liệu hoàn toàn mới, Giáo sư Rashid Abu Al-Rub cùng đồng sư tập trung thay đổi cấu trúc hình học bên trong của các vật liệu quen thuộc như plastic, kim loại, sứ và vật liệu composite. Nhờ đó, họ có thể điều khiển thay đổi được tính chất cơ học, nhiệt cũng như điện theo một cách độc đáo, thậm chí vượt mặt cả những thành tựu công nghệ tiên tiến nhất.

Ví dụ như khối lượng riêng và sức bên luôn đi song hành với nhau. Vật liệu bền, chắc, khoẻ như kim loại, hợp kim thì thường nặng, trong khi xốp và các vật liệu composite nhẹ thường yếu hơn. Bằng cách thay đổi cấu trúc bên trong, có thể giúp vật liệu đó có thể chắc và nhẹ cùng lúc. Nguyên lý tương tự đã được áp dụng trong cấu trúc của tháp Eiffel thông qua các sắp xếp các thanh kim loại mà tháp này có được sức bền mặc dù cấu trúc có đến 90% là không khí.

Giáo sư Abu Al-Rub cùng cộng sự đã xây dựng một mô hình trên máy tính có thể tạo ra hàng ngàn sắp xếp cấu trúc khác nhau. Mỗi thiết kế đều đưa ra được một tập hợp các tính chất về cơ, nhiệt, điện khác nhau. Nhờ vậy, mô hình này có thể được chỉ định để đưa ra được cấu trúc tối ưu hoá tính chất cho ứng dụng mong muốn.

Các cấu trúc này vô cùng phức tạp và không thể tạo ra bằng các phương pháp truyền thống. May mắn thay là tiến bộ công nghệ gần đây đã khiến điều này trở thành hiện thực thông qua công nghệ in 3D, mặc dù một số trường hợp cần phải in với kích cỡ nhỏ bé chỉ bằng một vài nanomet.

Theo các nhà nghiên cứu, kết hợp các ưu thế thiết kế tính chất vật liệu theo ý muốn và sản xuất chúng thông qua công nghệ in 3D sẽ thay đổi hoàn toàn tương lai của ngành thiết kế vật liệu

Giáo sư Abu Al-Rub cho biết: “Hiện nay, mọi người thường thiết kế vật liệu dựa trên những tính chất hoá học, cấu trúc sẵn có của vật liệu. Ý đồ thiết kế vật liệu của chúng tôi lại hoàn toàn ngược lại, xem xét tính chất cần thiết của vật liệu cho một ứng dụng nhất đinh rồi dựa vào phương pháp thiết kế để điều chỉnh lại cấu trúc để có thể đưa ra tính chất vật liệu mong muốn.”.

Ứng dụng của công nghệ này rất rộng rãi, từ công nghiệp vũ trụ cần các vật liệu bền chắc mà vẫn nhẹ cho đến công nghiệp nano cần vật liệu “xốp” để lọc khí, thấm nước.

Các nhà nghiên cứu hiện nay đang tìm nhà đầu tư để đưa ý tưởng này vào thực tế.

Nghiên cứu này cũng được đăng trên nhiều tạp chí khoa học, ví dụ như Composites Science and Technology.

Nguồn: Gizmag

Biên dịch: Trịnh Trần Khánh Duy

Xếp hạng bài viết

Bình Luận

comments