Thiết kế vật liệu mang cấu trúc tự nhiên

Một nhóm các nhà khoa học đã đánh giá các xu hướng thiết kế chung của một loạt các vật liệu có cấu trúc tự nhiên và xác định cần có những gì để thiết kế và chế tạo các cấu trúc bắt chước tự nhiên.

Trong tự nhiên, gỗ, vỏ cây và các vật liệu có trọng lượng nhẹ, cứng và mạnh mẽ. Đáng chú ý, những vật liệu này hình thành trong nhiệt độ môi trường tự nhiên không phải trong điều kiện nhiệt độ cao mà tại đó vật liệu cấu trúc nhân tạo được tạo thành. Những loại vật liệu tương tự như vậy khó có thể được tổng hợp.

Trên tạp chí Vật liệu Tự nhiên, một nhóm các nhà khoa học đã đánh giá các xu hướng thiết kế chung của các vật liệu có cấu trúc tự nhiên và xác định những yếu tố cần thiết để thiết kế và chế tạo các cấu trúc bắt chước tự nhiên này. Các nhà khoa học cho biết những thách thức liên quan đến đặc tính toàn diện về độ mạnh, độ dẻo dai để xác định cơ cấu nhiều thang.

Đánh giá toàn diện này cung cấp những hiểu biết mới về các nguyên tắc thiết kế có thể dẫn đến cách tiếp cận tổng hợp hiệu quả hơn các vật liệu có cấu trúc nhẹ được sử dụng trong xây dựng các tòa nhà, các công trình giao thông, pin và hệ thống chuyển đổi năng lượng mặt trời.

Trong tự nhiên, rất nhiều các cấu trúc vật liệu gỗ, vỏ cây, xương là vật liệu tạo thành từ các thành phần đơn giản trong điều kiện nhiệt độ môi trường thông thường và mang những đặc tính đặc biệt. Mặc dù, các thành phần nguyên liệu thường có tính chất nội tại nghèo nàn, các thuộc tính bên ngoài vượt trội là kết quả của sự sắp xếp các lớp cứng và mềm trong cấu trúc thứ bậc phức tạp, với kích thước trải rộng từ nano đến macro. Các vật liệu có trọng lượng nhẹ thường được tạo nên từ sự kết hợp hoàn hảo giữa sức mạnh và độ dẻo dai, mặc dù 2 thuộc tính cấu trúc chính có xu hướng loại trừ lẫn nhau.

Thu Giang (Theo Science Daily)/Báo Xây dựng