Các hạt từ tính tạo thành vật liệu lập trình thông minh

Hàng loạt vật liệu mới đã được phát triển những năm gần đây, nhưng đến nay không có hệ thống vật liệu duy nhất nào có thể tích hợp hiệu quả các thao tác hình dạng đa chức năng.

Một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc Viện Công nghệ Georgia và Trường Đại học bang Ohio hiện đang phát triển một vật liệu polymer mềm, có thể thay đổi hình dạng bằng phương pháp ứng dụng từ trường. Nhóm nghiên cứu dự đoán, vật liệu mới này có thể tạo nền tảng cho nhiều công nghệ mới.

Theo các nhà nghiên cứu, thách thức trong phát triển một vật liệu linh hoạt, có thể lập trình là một số thao tác hình dạng trái ngược với nhau. Ví dụ, khả năng đảo ngược nhanh đòi hỏi phải chuyển đổi hình dạng bằng lực tác động, nhưng vấn đề khóa lại một định hình mong muốn cũng đòi hỏi khả năng chống lại ngoại lực mạnh tác động.

Để vượt qua những thách thức này, các nhà khoa học phát triển một loại vật liệu hai thành phần. Thành phần đầu tiên là một loại polymer nhớ hình dạng vô định hình, phát trên trên cơ sở acryit (SMP), có mô đun ứng suất thấp, độ co giãn cao và nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh trung bình ( vùng nhiệt độ mà từ đó, polymer chuyển từ trạng thái giống như thủy tinh sang trạng thái giống như cao su).

Những đặc điểm này khiến SMP mềm và dễ uốn ở nhiệt độ tương đối thấp, cho phép vật liệu chuyển động với lực nhỏ và không bị gãy vỡ. Thành phần thứ hai của vật liệu là hai loại hạt từ tính, Fe3O4 và NdFeB, cung cấp phản ứng từ tính cho SMP.

Khi vật liệu được áp một từ trường, các hạt từ tính cảm ứng sẽ dẫn đến sự gia nhiệt làm cho SMP nóng lên, tính chất này khiến vật liệu hai thành phần được mở khóa, trở lên mềm và linh hoạt với những đặc tính uốn vặn dưới tác động của ngoại lực. Khi tắt từ trường tắt, vật liệu nguội đi, trở nên cứng hay “bị khóa”, quá trình này diễn ra chỉ vài giây.

Vật liệu thông minh, được cấu tạo từ polymer và các hạt từ tính. Ảnh Advanced Science News

Những tính chất đặc trưng của vật liệu có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi tỷ lệ của polymer và những hạt từ tính, cho phép thực hiện hàng loạt những chức năng tùy chọn như cuộn và uốn, thậm chí có thể kẹp giữ các vật thể có khối lượng gấp 1.000 lần khối lượng của miếng vật liệu.

Hệ thống vật liệu này có thể được lập trình lại, không bị ràng buộc vào một trạng thái cố định, có khả năng biến đổi đảo ngược hình dạng ngược nhanh và khả năng khóa cứng định hình. Loại vật liệu này có thể được áp dụng cho các hoạt động tiết kiệm năng lượng trong các lĩnh vực như thiết bị y sinh để phẫu thuật xâm lấn tối thiểu (phẫu thuật nội soi), siêu vật liệu linh hoạt, điện tử tái cấu hình và linh hoạt, điện toán hình thái học, robot mềm chủ động và nhiều ứng dụng khác.

Vật liệu thông minh tự khóa cứng định hình. Video Advanced Science News