Phát triển những vật liệu thông minh

Tuỳ theo cường độ điện trường mạnh hay yếu mà dung dịch này biến thành thể rắn nhanh hay chậm. Đây là một hiện tượng rất mới và thú vị. Hơn nữa, hiện tượng này cũng diễn ra theo chiều ngược lại. Nghĩa là, khi điện áp yếu dần và mất hẳn thì vật liệu  nhão dần và trở về thể dung dịch nhớt - dẻo, linh hoạt như ban đầu.

Như vậy, có thể dùng điện trường để điều khiển hiện tượng vật lý nói trên, người ta gọi nó là “điện lưu biến”. Kết quả này khiến các nhà khoa học rất quan tâm, vì có thể dùng điện trường để điều khiển trạng thái vật chất. Từ kết quả nghiên cứu này, người ta nghĩ ngay đến việc dùng điện lưu biến để chế tạo bộ ly hợp, trước hết là áp dụng vào bộ phanh của ô-tô, tiếp đó có thể áp dụng vào những thiết bị hay máy móc có tốc độ luôn cần phải điều chỉnh. Chẳng hạn, khi muốn thay đổi tốc độ ô-tô, ta phải chuyển số, tức là phải dùng đến bộ ly hợp. Thao tác theo kiểu cổ điển này không thể thực hiện một cách  nhanh chóng, tức thời, nhất là khi gặp tình huống cấp bách, người lái xe phải mất vài giây mới phanh lại được, như vậy khó tránh khỏi tai nạn. Nhưng nếu dùng vật liệu điện lưu biến để chế tạo bộ ly hợp, thì người lái xe chỉ cần bấm nút điện để tạo ra từ trường cho dung dịch, thì xe phanh lại chỉ sau vài phần nghìn giây và lại nhẹ nhàng, tình huống tai nạn sẽ không xảy ra...

Như vậy, ta có thể liên tưởng rằng: “dung dịch điện lưu biến” như là một thứ vật liệu “thông minh”. Nó biết nghe lời khi ta ra lệnh cho nó bằng cách bấm nút điện. Cũng cần phải nói thêm rằng, để đưa thành quả này vào thực tiễn, còn phải giải quyết nhiều vấn đề liên quan khác nữa. Ví dụ, cần phải khắc phục tính dễ bốc hơi của nước để đảm bảo cho dung dịch luôn giữ được bản chất chuyển đổi trạng thái của nó khi có điện trường tác dụng vào v.v...

Vật liệu điện lưu biến có thể thay đổi độ cứng, có thể co, dãn giống như bộ cơ của động vật mỗi khi điện trường thay đổi. Tính chất này mở ra triển vọng lớn cho ngành hàng không và vũ trụ trong tương lai. Người ta dự đoán rằng, vật liệu lưu biến sẽ đem lại cuộc cách mạng lớn hơn so với vật liệu bán dẫn.

Vật liệu thông minh có một số nét chung là: nhạy cảm với một số tham biến của môi trường như nhiệt độ, độ truyền nhiệt, truyền điện, truyền âm thanh, phản xạ... và chúng có khả năng phản ứng với các tham biến đó, do vậy ta có được một tổ hợp thiết bị dò tìm, ghi nhận sự thay đổi của môi trường hay đặc tính của vật liệu, một hệ thống xử lý dữ liệu cho phép tạo ra phản ứng ở vật liệu.

Dưới đây, ta nêu thêm một vài vật liệu thông minh khác nữa, tuy mức độ thông minh không bằng vật liệu điện lưu biến, nhưng qua đó có thể thấy rõ được tính đa dạng và triển vọng phát triển của chúng.

- Trong quá trình xây dựng nhà cao tầng, cầu cống, thân đập thuỷ điện... người ta gắn vào kết cấu của chúng những sợi cáp quang nhạy cảm với áp lực cơ học để theo dõi diễn biến thường xuyên của công trình. Nếu có biểu hiện sụt lún, nghiêng... cáp quang sẽ báo trước cho người sử dụng biết để phòng tránh và có biện pháp gia cố kịp thời.

- Ngày nay, các nhà khoa học đang nghiên cứu sao cho các sợi cáp quang kiểu như trên nhạy cảm cả với từ trường, nhiệt độ, chấn động địa chất, hoặc sự ăn mòn hóa học v.v... Trường hợp này người ta quen gọi đó là bộ “dò tìm” (dò tìm những trắc ẩn của nhiệt độ, từ trường, địa chấn...) để gắn vào mạng cung cấp nhiệt, trạm mạng điện, hệ thống đường ống dẫn dầu khí, hoặc trong hệ thống tự động của dây chuyền sản xuất v.v... Thông tin của các “bộ dò tìm” được kết nối với máy tính, có chức năng phân tích thông tin và tự động chọn giải pháp xử lý trước những thay đổi của môi trường nơi đó. Như vậy, tuỳ theo mức độ lập trình mà vật liệu có thể thông minh nhiều hay thông minh ít; hoặc vật liệu ở chỗ này thông minh nhiều hơn vật liệu ở chỗ kia v.v...

- Người ta bôi chất đổi màu lên khung đường viền của đường bộ. Chất này sẽ biến thành mầu đỏ khi thời tiết xấu, để cảnh báo cho lái xe biết khúc đường này đang trong tình trạng trơn, dễ trượt, dễ lật đổ xe. Khi không còn nguy cơ trơn trượt nữa, chất này lại trở về màu xám tro cũ của mình. Nhờ đó, vật chất photo chromaticque được coi là vật liệu thông minh.

- Người ta còn tạo ra kính thông minh, tự đổi màu dựa theo độ chói sáng của ánh sáng. Nhưng điều quan trọng hơn là khi mặt trời chiếu vào nhà gay gắt, kính đổi màu này ngăn không cho tia tử ngoại vào nhà nhiều. Về mùa đông, kính đổi màu lại giúp cho không khí trong nhà trở thành ấm áp hơn. Hoặc sơn thông minh có khả năng phản nhiệt để bảo vệ bồn chứa nhiên liệu, kho tàng...

- Trong lĩnh vực thời trang đã bắt đầu xuất hiện loại vải thông minh: tự sưởi nóng cho người mặc khi băng giá, tự làm mát khi nóng bức, thay đổi được kích cỡ khi nhiệt độ thay đổi (ví như loại vải có pha trộn niken, tintan và nilông, khi nóng bức, cánh tay áo của loại vải này tự co lại lên đến khuỷu tay, khi nhiệt độ tụt xuống vài độ tay áo lại được trải dài ra). Nhà khoa học Wihenlm Harthlott nhờ khám phá ra cơ chế tẩy rửa bụi và không dính nước của lá sen để chế tạo ra loại vải thông minh không bám bụi, không bị ướt... Ông hy vọng một ngày nào đó, nhờ cơ chế này mà loài người sẽ xây dựng được những ngôi nhà không bám bụi, những mặt kính không bị bụi ngăn cản ánh sáng. Ngoài ra, trên thị trường thế giới đã xuất hiện loại áo thông minh có khả năng kháng khuẩn, giúp cho người mặc không bị ngứa ngáy, không sinh bệnh tật. Còn có cả loại áo kháng stress, thoát mồ hôi v.v...

- Trong y học, người ta đã chế tạo ra những đinh vít để ghép xương, đến khi phần nối của hai đoạn xương đã lành thì đinh vít đó tự tan trong cơ thể mà không gây phản ứng phụ nào...

Cũng như vậy, các bác sĩ còn chế tạo ra những màng polyme có tính nhạy cảm với nồng độ gluco trong máu, tự phóng thích insulin tương ứng  để chữa trị cho bệnh nhân đái tháo đường v.v... Từ thực tế trên, một vấn đề đặt ra với các nhà khoa học là cần thiết tìm kiếm những vật liệu thông minh có khả năng tự biến hoại theo yêu cầu, khi vật liệu đó đã hết thời gian sử dụng, không chỉ cho ngành y học mà cả cho công nghệ và đời sống...

- Để cho vật liệu có được “độ thông minh cao hơn”, các nhà khoa học còn hướng tới loại vật liệu thực hiện được các chức năng giám sát với độ nhạy cảm cao, có khả năng tự thích nghi, tự điều chỉnh để tạo sự hoạt động bình thường cho công nghệ. Một số trường hợp còn đòi hỏi vật liệu thông minh biết tự phá huỷ (về phương diện sinh học) khi nhiệm vụ đã hoàn thành. Kèm với những yêu cầu của vật liệu thông minh, các nhà khoa học không bao giờ quên yêu cầu mang tính nguyên tắc là: Thông minh hơn, nhưng nhẹ hơn, bền hơn, cách âm cách nhiệt tốt hơn, sạch hơn, dễ sử dụng và kinh tế hơn. Đó là những tiêu chí để tạo ra bước nhảy vọt của ngành vật liệu học trong tương lai.

Nguồn: Material World, 2005