Lấy cảm hứng từ nước mắt, tìm ra vật liệu mới

Hãy tưởng tượng một chiếc lều có thể ngăn ánh sáng vào ngày nắng gắt và trở nên trong suốt, không thấm nước vào ngày mưa, trời đất xám xịt. Hoặc những thấu kính tiếp xúc tự điều chỉnh và tự làm sạch. Hoặc đường ống có thể tối ưu hóa tốc độ dòng chảy dựa vào thể tích chất lỏng và các điều kiện môi trường bên ngoài.

Theo tạp chí Nature Materials, một nhóm các nhà khoa học tại Viện Wyss và trường Khoa học ứng dụng – Kỹ thuật (SEAS) của Đại học Harvard đã đưa những ý tưởng thú vị này đến gần thực tế hơn bằng cách thiết kế một loại vật liệu thích nghi trong suốt và có thể thấm chất lỏng.

Tiến sĩ Joanna Aizenberg, tác giả, một thành viên Khoa lõi tại Viện Wyss và Amy Smith Berylson, Giáo sư ngành Khoa học Vật liệu tại SEAS, cho hay: "Mấu chốt của vật liệu này là nó có khả năng thích nghi và đa chức năng".

Vật liệu mới được lấy cảm hứng từ những cơ chế tự phục hồi năng động trong tự nhiên, nhất là màng chất lỏng của đôi mắt người. Nước mắt tham gia vào việc hình thành màng chất lỏng có chức năng quan trọng là vừa duy trì sự rõ ràng vừa giữ ẩm cho mắt, bảo vệ mắt khỏi bụi bẩn và vi khuẩn, giúp loại bỏ chất thải. Tất cả điều này được thực hiện trong một cái chớp mắt.

Vật liệu mới là một màng lỏng bao phủ và được rót vào trong một lớp nền xốp, đàn hồi khiến lớp màng rất linh hoạt. Nó dựa trên khái niệm cốt lõi: bất kỳ sự biến dạng nào của bề mặt - chẳng hạn như kéo căng, chọc, hoặc thổi phồng – đều làm thay đổi kích thước của các lỗ hổng khiến bề mặt chất lỏng thay đổi hình dạng.

Tiến sĩ Xi Yao, Viện Wyss, giải thích: “Nói chung, các vật liệu này mịn, trong và bằng phẳng. Những giọt nước hoặc dầu nhỏ trên bề mặt của nó sẽ chảy một cách tự do ra khỏi vật liệu. Kéo dài vật liệu làm cho bề mặt chất lỏng thấm trong nó thô ráp hơn khiến vật liệu chắn sáng, không trong suốt và cho phép nó thích nghi với điều kiện mới. Nó giúp mỗi giọt dầu hoặc nước trên bề mặt vật liệu nằm yên trong các rãnh của chúng.

Khả năng này cao cấp hơn nhiều so với "khả năng không thấm ướt" của các vật liệu thích nghi khác đang tồn tại. Đơn giản là chuyển đổi giữa hai trạng thái - từ không thấm ướt (kị nước) sang thấm ướt (ưa nước)”.

Yao nói: "Bên cạnh đặc điểm trong suốt và thấm ướt, chúng ta có thể điều chỉnh để vật liệu đáp ứng với một sự thay đổi về địa hình bề mặt, chẳng hạn như chất kết dính hoặc chống đóng cặn trong xây dựng".

Họ cũng có thể thiết kế chất rắn đàn hồi xốp có thể ứng phó với nhiệt độ, ánh sáng, từ trường hoặc điện, tín hiệu hóa học, áp lực, hoặc những điều kiện môi trường khác.

Vật liệu này là thế hệ tiếp theo của một nền tảng vật liệu mà người đi tiên phong Aizenberg gọi là SLIPS. Đây là chữ viết tắt của Slippery Liquid-Infused Porous Surfaces (Bề mặt xốp ngấm chất lỏng) và là một lớp phủ có thể đánh bật bất cứ thứ gì nó tiếp xúc - như dầu, nước và thậm chí cả máu.

Nhưng trong khi SLIPS là một bề mặt xốp cứng thì theo Aizenberg "vật liệu mới là một bề mặt xốp đàn hồi cho phép kiểm soát tốt hơn các phản ứng đẩy lùi một loạt các chất. Một loạt các tính chất bề mặt có thể được điều chỉnh, bật và tắt theo yêu cầu, thông qua sự biến dạng của vật liệu đàn hồi gây ra bởi các tác động kích thích ".

Tiến sĩ Donald Ingber, Giám đốc sáng lập Wyss, cho biết: "Thế hệ mới của các vật liệu thích nghi được thiết kế bởi Viện công nghệ vật liệu thích nghi do Joanna Aizenberg đứng đầu, có khả năng thay đổi tất cả mọi thứ từ đường ống dẫn dầu và khí đốt, hệ thống quang học, thiết kế xây dựng và xây dựng, dệt may..."

Quách Trường Sơn (theo Eurekalert)