Các nhà nghiên cứu từ Đại học Texas A&M và Đại học Tulsa vừa công bố một loại vật liệu composite sợi carbon tái chế tiên tiến đầy hứa hẹn, có tên gọi Aromatic Thermosetting Copolyester (ATSP). Vật liệu này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp quan trọng như quốc phòng, hàng không vũ trụ và ô tô.
Công trình nghiên cứu đột phá này, do Tiến sĩ Mohammad Naraghi, Giám đốc Phòng thí nghiệm Vật liệu Cấu trúc Nano kiêm Giáo sư Kỹ thuật Hàng không vũ trụ tại Đại học Texas A&M dẫn dắt, đã được công bố trên trang web của trường đại học vào ngày 11 tháng 8 vừa qua.
Điểm đặc biệt của ATSP nằm ở khả năng trao đổi liên kết độc đáo, cho phép vật liệu tự sửa chữa các vết nứt và biến dạng khi được làm nóng. Quá trình này giúp khôi phục độ bền của vật liệu gần như trạng thái ban đầu, thậm chí còn có thể cải thiện hơn.
Tiến sĩ Naraghi giải thích rằng, trong các ứng dụng hàng không vũ trụ, áp suất cực lớn và nhiệt độ cao có thể gây ra những hư hại nghiêm trọng cho vật liệu. Do đó, khả năng tự phục hồi theo yêu cầu của ATSP có thể giúp khôi phục chức năng của các bộ phận quan trọng trên máy bay, từ đó nâng cao tính an toàn. Bên cạnh đó, ATSP cũng hứa hẹn sẽ cải thiện đáng kể thiết kế an toàn của ô tô, giúp xe khôi phục hình dạng sau va chạm và bảo vệ hành khách.

Một ưu điểm vượt trội khác của ATSP là khả năng tái chế. Vật liệu này bền vững hơn so với các loại nhựa thông thường nhờ tính chất hóa học ổn định trong nhiều chu kỳ tái định hình. Điều này giúp giảm thiểu lượng rác thải mà không ảnh hưởng đến độ tin cậy của vật liệu. Khi được gia cố bằng sợi không liên tục vitrimer, ATSP có thể được tái định hình nhiều lần, nghiền và đúc thành các hình dạng mới mà không làm suy giảm cấu trúc hóa học.
Để đánh giá khả năng tự phục hồi và thay đổi hình dạng của ATSP, các nhà nghiên cứu đã tiến hành các thử nghiệm độ dão bằng cách kéo giãn và giải phóng vật liệu nhiều lần, đồng thời đo lường cách vật liệu lưu trữ và giải phóng năng lượng. Họ đã xác định được hai nhiệt độ quan trọng: nhiệt độ biến đổi thủy tinh (nơi chuỗi polymer di chuyển tự do) và nhiệt độ thủy tinh hóa (nơi các liên kết hoạt động đủ để phục hồi, tái định hình và khôi phục).
Trong một thử nghiệm cụ thể, nhóm nghiên cứu đã làm nóng vật liệu composite lên khoảng 160 độ C để kích hoạt quá trình phục hồi hình dạng. Kết quả cho thấy các mẫu ATSP có thể chịu đựng hàng trăm chu kỳ kéo căng và nhiệt mà không bị hỏng, thậm chí còn trở nên bền hơn trong quá trình phục hồi. Trong một thí nghiệm khác, các mẫu vật bị hư hại đã được làm nóng đến 280 độ C sau khi trải qua thử nghiệm áp lực. Sau hai chu kỳ hư hỏng – phục hồi, vật liệu gần như đã phục hồi lại độ bền ban đầu. Tuy nhiên, đến chu kỳ thứ năm, hiệu quả phục hồi giảm xuống còn khoảng 80% do độ mỏi cơ học từ các khiếm khuyết trong quá trình sản xuất, mặc dù độ ổn định hóa học vẫn không bị ảnh hưởng.
Hiện tại, Tiến sĩ Naraghi và các cộng sự đang tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện ATSP để tăng cường độ bền, tính bền vững và khả năng thích ứng của vật liệu, hướng tới việc ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau.
Admin
Nguồn: VnExpress