‘Khói đóng băng’ - Vật liệu rắn nhẹ nhất thế giới, có thể ‘đứng’ trên hoa cỏ

Mặc dù đã được tạo ra lần đầu tiên vào năm 1931 bởi nhà khoa học và kỹ sư hóa chất người Mỹ, Samuel Stephens Kistler, nhưng các chất aerogel mới trở thành điểm nóng nghiên cứu trong những năm gần đây.

Một chất “aerogel ống nano carbon đa thành” đặt tên là “băng sương” với tỷ trọng 4 mg/cm3 đã đánh mất danh hiệu chất liệu nhẹ nhất hành tinh vào năm 2011 cho một chất liệu vi mạng tinh thể với tỉ trọng 0,9 mg/cm3. Chưa tới một năm sau, aerographite giành lấy vương miện với tỉ trọng 0,18 mg/cm3. Nay kỷ lục thuộc về chất liệu aerogel graphene của một đội nghiên cứu của giáo sư Gao Chao tại trường Đại học Zhejiang ở Trung Quốc tạo ra, với tỉ trọng chỉ có 0,16 mg/cm3.

(Ảnh: Atom Thick)

Thay cho những phương pháp thông thường dùng để chế tạo aerogel, Gao và đội của ông sử dụng một phương pháp đông-khô mới cho đông-khô các dung dịch chứa ống nano carbon và graphene để tạo ra một bọt xốp carbon có thể điều chỉnh tùy ý để có hình dạng bất kỳ.

Kết quả là một chất liệu mà đội khoa học khẳng định là rất bền và cực kỳ đàn hồi. Nó còn có thể hấp thụ lượng dầu bằng 900 lần trọng lượng của nó và hấp thụ nhanh, với một gram aerogel có thể hấp thụ tới 68,8 gram chất hữu cơ mỗi giây – khiến nó cực kỳ hấp dẫn cho các ứng dụng thu dọn dầu tràn trên biển.

 

Graphene aerogel là loại vật liệu nhẹ nhất thế thế giới với trọng lượng nhẹ hơn gấp 7,5 lần so với không khí, 1 mét khối graphene aerogel cũng chỉ nặng chưa đầy 160 gram. Thậm chí, graphene aerogel nhẹ hơn loại vật liệu nhẹ thứ hai thế giới là aerographite tới 12%. Mặc dù rất nhẹ nhưng một vật làm bằng Aerogel có khả năng “cõng” một vật khác có trọng lượng gấp 500 đến 4.000 lần trọng lượng của nó.

Có một biệt danh khá hài hước là "khói đóng băng", aerogel là một dạng chất rắn có thể uốn dẻo, dẫn điện, chịu được lực nén và khả năng thấm hút tốt.

 

Cũng chính vì đặc tính kỳ lạ của loại vật liệu này nên các nhà khoa học đã khám phá ra được rất nhiều những ứng dụng tiềm năng từ áo choàng tàng hình cho đến dọn dẹp môi trường. Chỉ với 1 gram aerogel đã đủ hấp thụ một số loại nguyên vật liệu có trọng lượng gấp tới 900 lần trọng lượng của chúng như dầu. Một phương pháp hoàn toàn rẻ hơn so với thị trường.

Hiện nay trong nhiều nghiên cứu và thử nghiệm, silica aerogel là dạng hình thù phổ biến nhất được sử dụng để nghiên cứu aerogel. Điểm khó ở loại vật liệu này chính là việc không dễ dàng sản xuất. Tuy nhiên các nhà khoa học đã miệt mài nghiên cứu và tìm ra thành công cách in 3D loại vật liệu nhẹ nhất thế giới này. Toàn bộ quá trình đều được điều khiển tự động và đồng đều trên mọi lớp vật liệu.

 

Bản thân aerogel là một lớp nguyên tử cacbon tinh khiết, dày và có dạng hai chiều. Chúng xếp lại với nhau thành một mạng tổ ong hình lục giác. Để sản xuất graphene aerogel, các nhà nghiên cứu sẽ phải đóng băng lớp graphene và xếp chúng thành một cấu trúc 3 chiều.

Như vậy với tiến bộ mới nhất trong kỹ thuật sản xuất vật liệu này, chúng ta sẽ sớm thấy được sự xuất hiện của những sản phẩm siêu nhẹ nhưng "đa zi năng" trong mọi mặt của cuộc sống.