Khám phá những vật liệu kỳ lạ nhất hành tinh

Liệu các bạn có biết đâu là vật liệu rắn nhẹ nhất thế giới? Câu trả lời chính là Aerogel

Aerogel được nhà hóa học người Mỹ Samuel Stephens Kistler tạo ra vào năm 1931, là kết quả của việc đánh cược với người đồng nghiệp Charles Learned về việc có thể thay thế chất lỏng trong gel bằng chất khí mà không làm cho nó bị co rút lại

Aerogel được sản xuất bằng cách tách thành phần chất lỏng ra khỏi gel thông qua quá trình sấy khô siêu tới hạn. Phương pháp này cho phép chất lỏng được làm khô từ từ mà không làm sụp lưới chất rắn trong gel do hiện tượng mao dẫn

Có ba loại Aerogel là silica, carbon và oxit kim loại. Trong đó, silica có màu xanh da trời nhạt được sử dụng phổ biến hơn

Một số điểm thú vị về Aerogel (loại silica) có thể kể đến như: Là vật liệu giữ 15 mục trong sách kỷ lục Guinness cho các thuộc tính vật chất, điển hình là nhẹ nhất, rắn nhất, cách nhiệt, cách điện tốt nhất và mật độ vật chất thấp nhất; Có 90% thể tích là không khí; Nặng hơn không khí 3 lần và nhẹ hơn thủy tinh 1.000 lần...

Tuy là vật liệu nhẹ tới mức có thể đặt trên ngọn lửa, bông hoa... nhưng Aerogel lại có khả năng "cõng" một vật khác có trọng lượng gấp 500 đến 4.000 lần trọng lượng của nó

Aerogel được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như sản xuất mỹ phẩm, đồ chơi, quần áo. Đặc biệt, Aerogel sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp vũ trụ, từ việc dùng để làm các thiết bị cách điện của tàu vũ trụ Mars cho đến các tấm lưới lọc bụi vũ trụ phát ra từ các sao chổi...

Nitinol là một loại hợp kim giữa Titan và Niken. Loại hợp kim này có một khả năng đặc biệt là ghi nhớ hình dáng

Cụ thể, Nitinol có thể ghi nhớ hình dáng theo quy luật chuyển biến giữa các pha (pha nóng hoặc pha lạnh), trong đó mỗi pha là một sự thay đổi trong cách sắp xếp cấu trúc nguyên tử

Ví dụ, nếu ban đầu Nitinol được làm nóng - chuyển sang pha nóng - và được tạo hình, đó sẽ là bước ghi nhớ. Khi làm lạnh - pha lạnh - dù bạn có bẻ cong, quấn rối nó như thế nào thì khi được làm nóng lên, nó sẽ trở về hình dạng được tạo lúc nóng

Với khả năng đặc biệt như vậy, Nitinol được sử dụng nhiều trong lĩnh vực giải trí (các trò ảo thuật). Ngoài ra, Nitinol có tính dẫn điện và gia công cơ khí rất tốt, có độ bền rất lâu, khả năng chống ăn mòn cao và có tính dẻo dai nên đã trở thành vật liệu làm những công cụ y học như chỉnh hình răng, tạo bộ lọc, ống đỡ động mạch, neo xương...

Từ lâu, giới khoa học đã phát triển các hợp chất siêu chống nước và mở ra nhiều ứng dụng hữu ích trong cuộc sống, tiêu biểu nhất có thể kể tới Ultra Hydrophobic

Vật liệu này được nghiên cứu dựa trên khả năng chống nước của lá sen

Các nhà khoa học đã quan sát và phát hiện trong lá sen có chứa chất sáp không phân cực có khả năng chống kết dính, nhờ vậy lá sen có thể "giữ mình" sạch sẽ trong đầm lầy

Từ đó, giới khoa học đã nghiên cứu và phát triển ra vật liệu Ultra Hydrophobic. Điều thú vị, nếu một bề mặt được làm từ vật liệu này bị ướt, các giọt nước bắn vào bề mặt hoàn toàn có thể bật lại như một quả bóng đàn hồi

Ứng dụng của Ultra Hydrophobic vô cùng đa dạng. Vật liệu này có thể sử dụng để tạo ra những bộ quần áo, giày dép chống thấm nước, bùn, chất bẩn. Ngoài ra, với khả năng thấm nước ưu việt, nó có thể được dùng để phủ lên các thiết bị điện tử giúp chúng hoạt động tốt trong môi trường nước...

Nếu được hỏi đâu là vật liệu cứng nhất thế giới, hẳn nhiều người sẽ trả lời là kim cương. Tuy nhiên, nhờ sự phát triển của khoa học và công nghệ, con người đã tìm ra vật chất cứng hơn cả kim cương

Năm 2009, các nghiên cứu tại Đại học giao thông Thượng Hải (Trung Quốc) và đại học Nevada (Mỹ) đã công bố tìm thấy 2 vật liệu có thể đánh bại kim cương về độ cứng. Đó là Wurtzite boron nitride (w-BN) và Lonsdaleite

w-BN có cấu trúc tương tự với kim cương nhưng nó còn có thêm Boron và Nitơ. Trong tự nhiên, w-BN được tạo ra từ áp lực và sức nóng khủng khiếp của núi lửa phun trào. Như vậy, để tạo được chất này, con người sẽ phải tạo ra các vụ nổ tương tự thế, nghĩa là cực kỳ khó thực hiện

Do là vật liệu hiếm nên các chỉ số về w-BN chỉ dựa trên chương trình mô phỏng chạy trên máy tính. Theo đó, các nhà khoa học cho rằng w-BN cứng và ổn định về mặt hóa học hơn kim cương ở nhiệt độ cao (kim cương khi gặp nhiệt độ cao, các tính chất hóa học cũng như vật lý sẽ không còn như cũ, độ bền đặc trưng bị tổn hại)

Lonsdaleite cũng được tạo ra từ carbon giống như kim cương, mặc dù có cấu trúc khác. Điều thú vị là Lonsdaleite là chất trong vũ trụ được tìm thấy khi một thiên thạch giàu than chì va vào trái đất. Các mô phỏng khoa học hiện nay cho thấy vật liệu này cứng hơn kim cương 58%

Nhờ cấu trúc đặc biệt, Lonsdaleite có thể sử dụng trong ngành cắt đá, kim loại, ngành mỹ phẩm...

Tuy nhiên, các nghiên cứu về w-BN và Lonsdaleite mới chỉ dựa trên chương trình mô phỏng chạy trên máy tính chứ chưa có điều kiện xác minh vật lý. Do đó, đến thời điểm hiện tại, kim cương vẫn giữ được vị trí vật liệu tự nhiên cứng nhất thế giới

Bởi độ cứng cao, kim cương được sử dụng để làm mũi khoan, mũi cưa. Ngoài ra, vì có khả năng dẫn nhiệt cao nhưng lại không dẫn điện, kim cương được dùng để tản nhiệt trong các thiết bị điện tử. Đặc biệt, kim cương còn là loại đá quý được yêu thích sử dụng trong ngành chế tác trang sức

Vantablack là một trong những vật chất nhân tạo đen nhất được tạo ra vào năm 2014 do các kỹ sư của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) ở Mỹ

Vantablack được làm bằng mảng ống nanô cácbon liên kết theo chiều dọc, vật liệu này có thể hấp thu 99,96% ánh sáng

Nó có khả năng che phủ một viên kim cương màu vàng tự nhiên nặng 16,78 carat, biến viên đá sáng lấp lánh trở thành màu đen kịt

Về tính ứng dụng, Vantablack được sử dụng trong kính viễn vọng và máy ảnh để chống lóe sáng