Vật liệu này là một loại polimer có tính đàn hồi như cao su. Chất đàn hồi mới này có chứa 8 liên kết hydro trong mỗi mắt xích, và chính nhờ những liên kết này đã giúp phân bố lực tác dụng lên vật liệu, làm cho nó trở nên vô cùng bền chắc.
Theo GS Zhiliang Zhang (Khoa Kỹ thuật Kết cấu tại NTNU), 8 liên kết hydro là nguồn gốc của các đặc tính cơ học vượt trội.
Yizhi Zhuo, người phát triển vật liệu mới này trong luận án tiến sĩ và sau tiến sĩ cho biết, tơ nhện cũng có chứa các cấu trúc tương tự.
Các nhà khoa học trước đây đã ghi nhận tơ nhện có đặc trưng vừa dai vừa chắc.
Dẻo dai và cứng chắc là hai đặc tính hoàn toàn đối lập trong kỹ thuật, và thường triệt tiêu nhau. Vật liệu cứng có thể chịu được nhiều lực trước khi biến dạng trong khi vật liệu dai lại hấp thụ được nhiều lực trước khi nó đứt gãy. Ví dụ như thủy tinh là một vật liệu rất cứng nhưng lại không dai.
“Với các vật liệu thương mại, nếu bạn muốn có độ cứng cao, thì phải làm giảm độ dai”, GS Zhang nói
Vật liệu đàn hồi mới của nhóm đã phá vỡ quy luật này. Sau các nghiên cứu và thử nghiệm, nhóm đã sử dụng kính hiển vi lực nguyên tử - với độ phân giải nano để nhìn rõ cấu trúc cơ bản của vật liệu và quan sát giao diện giữa miền cứng và dẻo.
Họ đã thấy cùng với 8 liên kết hydro phân bố lực, sự không tương thích về độ cứng tại giao diện này làm hao hụt lực tác dụng nhiều hơn bằng cách hướng các vết nứt chia thành nhiều nhánh nhỏ thay vì tiếp tục nứt theo một đường thẳng.
GS Zhang giải thích: “Với một đường zigzag, bạn sẽ tạo ra được một mặt phẳng nứt rộng hơn và hấp thụ được nhiều năng lượng hơn, từ đó làm cho vật liệu có độ dai cao”.
Bên cạnh các đặc tính cơ học, về mặt quang học vật liệu này là trong suốt và các nghiên cứu cho rằng nó còn có thể tự lành ở nhiệt độ trên 80°C. Nếu có thể làm tăng quy mô sản xuất, vật liệu mới này một ngày nào đó có thể được sử dụng trong ngành điện tử linh hoạt.
Các nhà khoa học vẫn đang tiếp tục nghiên cứu để bổ sung thêm các đặc tính mong muốn vào cho sản phẩm. Miền dẻo trong vật liệu của họ được làm từ một polimer gốc silicon có tên là PDMS, nhưng các nhà nghiên cứu cho rằng họ có thể cải thiện đặc tính cơ học thậm chí vượt trội hơn nữa nếu thử nghiệm với các hợp chất khác.
Họ cũng hy vọng phát triển thêm các ưu điểm cho vật liệu bao gồm tính chống đông – ngăn cản băng đá dính vào ở nhiệt độ thấp – và tính chống bám bẩn – ngăn không cho các sinh vật dưới nước như rêu tảo bám vào – để có thể sử dụng ở những nơi có điều kiện khắc nghiệt, như Bắc cực.
