Những bản thiết kế từ thiên nhiên cho xi măng chống nứt gãy

Dựa vào cấu trúc nano từ gai của nhím biển, các nhà khoa học đã phát triển cấu trúc xi măng chống nứt gãy.


Hình ảnh gai nhím biển.

Các gai của nhím biển thường được làm từ canxit (khoáng vật cacbonat và là dạng bền nhất của canxi cacbonat), là một vật liệu rất giòn và dễ gãy. Tuy nhiên, đối với loài nhím biển, gai của chúng có độ bền cao hơn so với các nguyên liệu thô. Đây chính là cách tối ưu hóa vật liệu theo cấu trúc gạch của tự nhiên. Nhóm nghiên cứu Physical Chemistry, dẫn đầu bởi GS. Helmut Cölfen thuộc Đại học Konstanz, Đức đã tổng hợp thành công xi măng ở cấp độ nano theo nguyên tắc “gạch và vữa” này. Trong quá trình tổng hợp, các phân tử vĩ mô được xác định có chức năng của vữa, gắn các khối tinh thể với nhau theo quy mô nano, với các khối lắp ráp theo trật tự. Mục đích của quá trình này là làm cho xi măng bền hơn. Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Advances ngày 1/12 vừa qua.

GS. Cölfen cho biết: Xi măng mới có khả năng chống nứt gãy nhiều hơn bất cứ vật liệu nào khác và mang lại cho chúng ta khả năng xây dựng hoàn toàn mới. Một trụ cột làm bằng loại xi măng này có thể được xây cao tới 8.000m, cao gấp 10 lần tòa nhà cao nhất thế giới hiện nay.

Nguyên tắc để sản xuất vật liệu này là: Các lớp cứng và mềm xen kẽ nhau. Đây chính xác là nguyên tắc giúp gai nhím biển trở nên bền vững. Khi có lực tác dụng lên canxit, khối tinh thể này không bị nứt. Các khối tinh thể trong một cấu trúc có trật tự được bao quanh bởi một vùng vô định hình mềm hơn. Trong trường hợp của nhím biển, vật liệu này là canxi cacbonat.

Bản thân xi măng có cấu trúc không theo trật tự, các thành phần đều kết kính với nhau. Điều này có nghĩa là: Để xi măng có thể gia tăng sự ổn định cần tổ chức lại cấu trúc của nó ở cấp độ nano. GS. Helmut Cölfen mô tả quá trình này là sự mã hóa chống nứt gãy ở mức độ nano.

Từ việc nghiên cứu gai nhím biển, nhóm nghiên cứu kết luận rằng: Có thể sản xuất ra vật liệu xây dựng tốt hơn so với canxit. Nếu thành công trong việc thiết kế cấu trúc vật liệu và tái sản xuất từ các bản thiết kế thiên nhiên, chúng ta có thể tạo ra nhiều vật liệu chống nứt gãy – các vật liệu hiệu năng cao lấy cảm hứng từ thiên nhiên.

Thu Giang (theo Science Daily)/BXD

Share

Tin liên quan

Giải pháp cải tạo Quảng trường Đông Kinh Nghĩa Thục giai đoạn 2 dựa trên tiếp cận bảo tồn di sản đô thị

Giải pháp cải tạo Quảng trường Đông Kinh Nghĩa Thục giai đoạn 2 dựa trên tiếp cận bảo tồn di sản đô thị

Quảng trường Đông Kinh Nghĩa Thục, nằm khép mình bên hồ Hoàn Kiếm tại trung tâm đô thị lịch sử Hà Nội, là một không...
Vesp House

Vesp House

(Văn bản mô tả do KTS cung cấp) Gia chủ là một chàng trai trẻ, nhưng rất yêu thích những chiếc xe Vespa cổ. Anh...
Thành phố quá tải và giấc mơ sa mạc

Thành phố quá tải và giấc mơ sa mạc

Trong quy hoạch Hà Nội tầm nhìn 100 năm, chúng ta hướng đến xây dựng một thành phố quy mô 20 triệu dân. Hiện trên...
Tận dụng trụ sở cũ: Đừng để “tiết kiệm” trở thành gánh nặng tài chính tương lai

Tận dụng trụ sở cũ: Đừng để “tiết kiệm” trở thành gánh nặng tài chính tương lai

Trong lộ trình tinh gọn bộ máy và sắp xếp đơn vị hành chính, việc xử lý các trụ sở cũ sau sáp nhập không...