Phát triển vật liệu xơ carbon thay thế nguyên liệu gỗ balsa

Trong nhiều thế kỉ qua, cây balsa phát triển nhanh và được đánh giá cao bởi tính chất nhẹ và độ cứng tương đối trên mật độ. Tuy nhiên, gỗ balsa đắt và những biến thể tự nhiên trong hạt giống có thể là trở ngại để đạt được những yêu cầu về hiệu suất. Các nhà khoa học về vật liệu mới đây đã phát triển loại vật liệu tổng hợp có độ nhẹ và cứng chưa từng có.

Trong các trang trại điện gió trên khắp Bắc Mĩ và châu Âu, các tuabin kiểu dáng đẹp có tác dụng chuyển hóa từ năng lượng gió thành năng lượng điện. Những cánh quạt bên trong được làm bằng vật liệu lõi công nghệ thấp đó là gỗ balsa.

Giống như những sản phẩm khác sử dụng tấm cách nhiệt chống cháy nhiều lớp để đạt được sự kết hợp giữa trọng lượng nhẹ và độ cứng chắc, các cánh tuabin bao gồm các dải gỗ balsa có xuất xứ từ Ecuador.

Hiện nay, bằng việc sử dụng sợi gia cố nhiệt có nguồn gốc epoxy cùng công nghệ in phun 3D, các nhà khoa học tại Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng Harvard SEAS và viện nghiên cứu Kỹ thuật Sinh học Wyss đã phát triển loại vật liệu tổng hợp tế bào có trọng lượng và độ cứng chưa từng có. Do tính chất cơ học và kiểm soát tốt quy mô chế tạo, các nhà nghiên cứu cho biết loại vật liệu mới này mô phỏng và cải thiện được tính chất của gỗ balsa, hơn cả loại polyme in 3D và polyme tổng hợp tốt nhất được bán trên thị trường.

Gỗ balsa có cấu trúc tế bào, giảm thiểu tối đa trọng lượng bởi vì có những khoảng trống trong cấu trúc và chỉ có thành tế bào tải trọng lượng. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng khái niệm về cấu trúc này để thiết kế loại vật liệu hỗn hợp.

Để sản xuất loại vật liệu này các nhà nghiên cứu đã bổ sung thêm hai loại chất độn là carbide silicon và sợi carbon rời rạc. Các loại chất độn này có tác dụng kiểm soát độ cứng của vật liệu. Kỹ thuật vật liệu tế bào tổng hợp cho ra những loại vật liệu cứng như gỗ, cứng hơn 10 đến 20 lần loại polyme in 3D bán trên thị trường và mạnh hơn gấp 2 lần lại polyme in tổng hợp tốt nhất.

Loại vật liệu mới có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, trong đó có ngành công nghiệp ô tô nơi mà những vật liệu nhẹ là chìa khóa then chốt giúp tiết kiệm nhiên liệu. Theo ước tính, nếu giảm khoảng 50kg trọng lượng trên 1 triệu chiếc xe ô tô trên toàn thế giới thì có thể tiết kiệm được 40 tỷ USD chi phí cho nhiên liệu hàng năm.

Theo Báo Xây dựng