Khoa học vật liệu

Khoa học đằng sau việc tạo ra chất liệu chống thấm nước nhất trên Trái Đất

Những vật liệu chống thấm nước đang rất được ưa chuộng hiện nay, và có lý do chính đáng cho điều đó. Chúng có thể được sử dụng để tạo ra mọi thứ, từ áo mưa đến lều, thậm chí cả cánh máy bay. Nhưng nếu có một loại vật liệu chống thấm nước đến mức có thể đẩy lùi cả trận mưa lớn nhất thì sao?

Đó chính xác là những gì một nhóm các nhà nghiên cứu tại MIT đã tạo ra. Lấy cảm hứng từ đôi cánh của loài bướm, họ đã phát triển một loại vật liệu mới, đây là loại vật liệu siêu kỵ nước (chống thấm nước) nhất từ trước đến nay.

Nguyên lý hoạt động

Bí quyết chống thấm nước của loại vật liệu mới này nằm ở kết cấu của nó. Bề mặt của vật liệu được bao phủ bởi các rãnh nhỏ, khiến các giọt nước dẹt ra và vỡ thành những giọt nhỏ hơn. Những giọt nước nhỏ hơn này sau đó dễ dàng bị bề mặt vật liệu đẩy lùi hơn.

Hiện tượng này được gọi là “hiệu ứng bánh kếp”. Khi một giọt nước rơi vào bề mặt có kết cấu có rãnh, nó sẽ lan rộng và dẹt ra như một chiếc bánh kếp. Điều này làm giảm diện tích tiếp xúc giữa giọt nước và bề mặt, giúp nước dễ dàng trôi đi hơn.

Ứng dụng

Tiềm năng ứng dụng của loại vật liệu mới này là rất lớn. Nó có thể được sử dụng để tạo ra quần áo giúp chúng ta luôn khô ráo ngay cả trong cơn mưa lớn nhất, hoặc tạo ra cánh máy bay ít bị đóng băng hơn. Thậm chí, nó còn có thể được sử dụng để tạo ra các tua bin gió có hiệu suất tạo ra điện cao hơn.

Lợi ích

Có rất nhiều lợi ích khi sử dụng vật liệu siêu kỵ nước. Chúng bao gồm:

Chống thấm nước tốt hơn các vật liệu thông thường

Ít bị đóng băng hơn

Hiệu quả hơn trong việc tạo ra điện

Có thể được sử dụng để tạo ra nhiều sản phẩm khác nhau, từ quần áo đến cánh máy bay

Làm thế nào để cải tiến hơn nữa?

Các nhà nghiên cứu tại MIT vẫn đang nghiên cứu các cách để cải tiến vật liệu mới của họ, giúp chúng chống thấm nước hơn nữa. Họ tin rằng bằng cách tăng số lượng rãnh trên bề mặt, họ có thể giảm hơn nữa diện tích tiếp xúc giữa các giọt nước và vật liệu. Điều này sẽ giúp vật liệu trở nên siêu kỵ nước và chống đóng băng hơn nữa.

Kết luận

Sự phát triển của loại vật liệu siêu kỵ nước mới này là một bước đột phá lớn trong lĩnh vực khoa học vật liệu. Nó có khả năng cách mạng hóa nhiều ngành công nghiệp khác nhau, từ may mặc đến hàng không. Khi các nhà nghiên cứu tiếp tục cải tiến vật liệu, chúng ta có thể mong đợi nhiều ứng dụng tuyệt vời hơn nữa cho nó trong tương lai.

Cơ nhân tạo: Những vũ công tí hon tạo ra điện năng

Cơ nhân tạo là gì?

Cơ nhân tạo là những tấm polyme mỏng có thể nở ra và co lại như cơ thật khi tiếp xúc với nước. Chúng được làm từ hai loại polyme: polypyrole, cung cấp cấu trúc nâng đỡ cứng và polyol-borate, một loại gel dẻo nở ra và co lại.

Cơ nhân tạo hoạt động như thế nào?

Khi cơ nhân tạo tiếp xúc với nước, lớp polyol-borate sẽ hấp thụ nước và nhanh chóng cuộn lên trên. Khi lớp dưới cùng được nâng lên khỏi bề mặt và tiếp xúc với không khí, hơi ẩm sẽ bốc hơi khỏi nó và nó sẽ phẳng trở lại. Quá trình nở ra và co lại này mô phỏng hành động của cơ thật, được tạo thành từ một mạng lưới cứng cáp gồm các sợi collagen được dệt với các sợi nhỏ đàn hồi.

Ứng dụng của cơ nhân tạo

Cơ nhân tạo có nhiều ứng dụng tiềm năng, bao gồm:

Thu năng lượng: Cơ nhân tạo có thể được sử dụng để tạo ra điện năng từ môi trường, chẳng hạn như từ hơi nước trong không khí hoặc mồ hôi từ cơ thể. Điều này có thể cung cấp năng lượng cho các thiết bị nhỏ như cảm biến môi trường hoặc thiết bị điện tử đeo được.
Bộ truyền động: Cơ nhân tạo có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các rô bốt mềm hoặc các thiết bị khác đòi hỏi chuyển động chính xác.
Thiết bị y sinh: Cơ nhân tạo có thể được sử dụng để tạo ra các thiết bị cấy ghép hỗ trợ vận động hoặc sửa chữa các mô bị tổn thương.

Ưu điểm của cơ nhân tạo

Cơ nhân tạo có một số ưu điểm so với động cơ và bộ truyền động truyền thống:

Nhẹ và linh hoạt: Cơ nhân tạo được làm từ những tấm polyme mỏng, giúp chúng nhẹ và linh hoạt. Điều này cho phép chúng được tích hợp vào nhiều loại thiết bị và ứng dụng.
Tiêu thụ điện năng thấp: Cơ nhân tạo tiêu thụ rất ít điện năng, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng mà hiệu quả năng lượng là rất quan trọng.
Khả năng tương thích sinh học: Cơ nhân tạo được làm từ các vật liệu tương thích với cơ thể người, khiến chúng phù hợp để sử dụng trong các thiết bị y sinh.

Nhược điểm của cơ nhân tạo

Cơ nhân tạo cũng có một số nhược điểm:

Lực đầu ra hạn chế: Cơ nhân tạo không mạnh bằng động cơ và bộ truyền động truyền thống, vì vậy chúng có thể không phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi lực đầu ra lớn.
Tuổi thọ hạn chế: Cơ nhân tạo có tuổi thọ hạn chế và hiệu suất của chúng có thể giảm theo thời gian.
Độ nhạy với môi trường: Cơ nhân tạo nhạy cảm với các điều kiện môi trường, chẳng hạn như nhiệt độ và độ ẩm, có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của chúng.

Tương lai của cơ nhân tạo

Cơ nhân tạo là một công nghệ mới đầy hứa hẹn với nhiều ứng dụng tiềm năng. Các nhà nghiên cứu đang tích cực làm việc để cải thiện sức mạnh, tuổi thọ và khả năng chống chịu với môi trường của chúng. Khi những thách thức này được khắc phục, cơ nhân tạo có khả năng trở nên phổ biến hơn trong nhiều lĩnh vực, từ robot đến y học.

Dưới đây là một số thông tin chi tiết bổ sung về cơ nhân tạo:

Cơ nhân tạo có thể nâng các vật nặng hơn gấp nhiều lần trọng lượng của chính chúng.
Cơ nhân tạo có thể tạo ra điện năng ở điện áp khoảng 1 vôn.
Cơ nhân tạo có thể được làm từ nhiều loại vật liệu, bao gồm polyme, gốm sứ và kim loại.
Cơ nhân tạo vẫn đang trong giai đoạn đầu phát triển, nhưng chúng có tiềm năng cách mạng hóa nhiều ngành công nghiệp.

Ra đời vật liệu chống thấm nước nhất thế giới, với nguồn cảm hứng từ cánh bướm