6 siêu vật liệu có thể thay đổi thế giới [25/10/2019]

Graphene - vật liệu tạo ra từ một lớp nguyên tử cacbon liên kết nhau theo mạng tinh thể hình tổ ong, siêu nhẹ, siêu mỏng và siêu cứng - có lẽ là vật liệu được mong chờ nhất hiện nay.

Tuy nhiên đây không phải là "siêu vật liệu" duy nhất được tạo ra trong các phòng thí nghiệm.

Từ aerogel nhẹ như không khí đến siêu vật liệu có thể điều khiển ánh sáng, dưới đây là 6 siêu vật liệu có tiềm năng để biến đổi thế giới tương lai.

Vật liệu tự phục hồi – nhựa sinh học

Cơ thể con người có khả năng tự sửa chữa rất tốt. Môi trường xung quanh với các vật liệu nhân tạo thì không.

Giáo sư Scott White tại Đại học Illinois đã nghiên cứu và chế tạo ra loại nhựa sinh học có thể tự chữa lành.

Vào năm ngoái, phòng thí nghiệm của White đã phát minh ra một loại polymer mới có thể tự rỉ ra để sửa chữa một lỗ hổng ở kích thước có thể nhìn thấy được.

Các polymer này có một hệ thống mạch chất lỏng mà khi vỡ sẽ tràn ra, sau đó đông thành cục giống như máu.

Mặc dù đã tồn tại vật liệu có thể chữa lành các vết nứt nhỏ, vật liệu mới này có thể sửa chữa một lỗ rộng 4mm với các vết nứt tỏa ra xung quanh nó.

Da người có thể tự chữa lành vết thủng này, nhưng đây là một sự đột phá với chất dẻo.

Bước tiếp theo có thể là nghiên cứu về các vật liệu cứng như xi măng hoặc kim loại tự phục hồi.

Tất nhiên tạo ra được các vật liệu là một chuyện, còn sản xuất hàng loạt để chúng có mức giá rẻ và dùng trong công nghiệp lại là chuyện khác.

Trong tương lai gần, vật liệu tự phục hồi có lẽ sẽ dùng chủ yếu trong công nghệ vũ trụ.

Vật liệu nhiệt điện – tận dụng nhiệt thải

Nếu bạn đã từng cảm thấy chiếc máy tính xách tay nóng lên trên đùi hoặc mui xe nóng lên sau khi chạy một quãng đường dài, bạn đã chứng kiến sự lãng phí nhiệt.

Nhiệt thải là kết quả tất yếu của việc chạy bất kỳ thiết bị có sử dụng điện. Một ước tính cho thấy lượng nhiệt thải ra bằng hai phần ba của toàn năng lượng sử dụng.

Đó là lý do nhiều nhà khoa học đã tìm cách tận dụng lượng nhiệt thải này. Câu trả lời là vật liệu nhiệt điện, chất liệu tạo ra điện từ sự chênh lệch nhiệt độ.

Năm ngoái, công ty Alphabet Energy ở California (Mỹ) đã giới thiệu một máy phát nhiệt điện cắm thẳng vào ống xả của máy phát điện thông thường, biến nhiệt thải thành điện năng hữu ích.

Máy phát điện của Alphabet Energy sử dụng vật liệu nhiệt điện tương đối rẻ và tự nhiên gọi là tetrahedrite. Alphabet Energy nói tetrahedrite có thể đạt hiệu suất 5-10%.

Các vật liệu nhiệt điện hiện nay vẫn có giá thành cao, do đó thường được sử dụng ở các dự án như tàu vũ trụ.

Mới đây các nhà khoa học cũng đã thử nghiệm với một vật liệu nhiệt điện đầy hứa hẹn và hiệu suất cao gọi là skutterudite, đó là một loại khoáng chất có chứa coban.

Skutterudite có thể trở nên rẻ và hiệu suất đủ cao để bao bọc xung quanh ống xả của xe hơi, tủ lạnh hoặc bất kỳ thiết bị tiêu tốn năng lượng khác mà bạn có thể nghĩ đến.

Perovskites - tế bào năng lượng mặt trời giá rẻ

Trở ngại lớn nhất trong việc sử dụng nguồn năng lượng tái tạo luôn luôn là tiền bạc. Năng lượng mặt trời rẻ, nhưng tạo ra một nhà máy điện sử dụng các tế bào năng lượng mặt trời từ tinh thể silicon vẫn là một quá trình tốn kém, tiêu tốn năng lượng.

Vật liệu có thể làm thay đổi điều này là perovskites.

Các tế bào năng lượng mặt trời được làm từ perovskites

Perovskites được phát hiện từ hơn một thế kỷ trước, nhưng các nhà khoa học chỉ mới nhận ra tiềm năng của nó gần đây.

Trong năm 2009, các tế bào năng lượng mặt trời làm từ perovskites có hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời 3,8%.

Tới năm 2014, con số này đã lên tới 19,3%. Nó nghe có vẻ không nhiều so với các tế bào tinh thể silicon truyền thống với hiệu suất dao động trong khoảng 20% nhưng có hai điểm quan trọng khác cần xét tới.

Thứ nhất, hiệu suất perovskites đã nhảy vọt chỉ trong một vài năm và các nhà khoa học nghĩ rằng nó còn có thể tăng thêm; và thứ hai là perovskites rẻ hơn rất nhiều.

Perovskites là một loại vật liệu được xác định bởi một cấu trúc tinh thể đặc biệt. Chúng có thể chứa số lượng nguyên tố bất kỳ, đối với perovskites sử dụng trong các tế bào năng lượng mặt trời thường là chì và thiếc.

Những nguyên liệu này có giá rẻ so với silicon tinh thể, và chúng có thể được phun lên kính dễ dàng.