Các nhà khoa học vừa nghiên cứu thành công một dạng băng gia cường mới mang tên BioPykrete, có khả năng đạt độ chịu nén tiệm cận bê tông truyền thống và khắc phục hoàn toàn đặc tính giòn gãy của băng thông thường.
Khi được thử dưới tác động nén, vật liệu mới bền hơn khoảng 10 lần so với băng tinh khiết và có thể hấp thụ mức năng lượng cao gấp 70 lần trước khi rạn nứt. Thay vì vỡ vụn đột ngột khi xuất hiện vết nứt, cấu trúc này biến dạng và nứt gãy từ từ.
Thử nghiệm "sức chịu đựng" của BioPykrete dưới thiết bị ép.
Nghiên cứu do giáo sư Ido Braslavsky thuộc đại học Hebrew tại Jerusalem (Israel) dẫn đầu và được công bố trên tạp chí Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. Độ bền đặc biệt của BioPykrete đến từ việc tích hợp các tinh thể nano cellulose nguồn gốc thực vật để tạo thành mạng lưới ba chiều bao bọc các vùng băng siêu nhỏ. Nhóm nghiên cứu còn thiết kế một loại protein làm cầu nối liên kết phân tử giữa băng và cellulose, giúp tăng gấp đôi độ bền lẫn khả năng hấp thụ năng lượng so với hỗn hợp chỉ dùng sợi cellulose đơn thuần.
Cơ chế này hoạt động dựa trên việc mạng lưới cellulose tạo vật cản để chặn đứng hoặc đổi hướng các vết nứt, trong khi các liên kết protein giúp cấu trúc khó bị xé rách hay biến dạng. Ý tưởng BioPykrete kế thừa và nâng cấp từ vật liệu Pykrete từng được chế tạo trong thế chiến thứ 2 từ băng trộn bột gỗ, nhưng đã thay thế sợi gỗ thông thường bằng vật liệu nano và các kết nối phân tử nhằm tối ưu hóa hiệu suất cơ học.
Vật liệu này được kỳ vọng có thể ứng dụng trong các công trình tại Bắc Cực và Nam Cực, nơi chi phí hậu cần và vận chuyển thép hay bê tông truyền thống vô cùng đắt đỏ. Nhờ cấu tạo chủ yếu từ băng và cellulose thực vật, BioPykrete có thể mang lại giải pháp thay thế tự phân hủy sinh học với lượng phát thải carbon thấp hơn cho các cấu trúc đặc thù tại những vùng có điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt.
BioPykrete được kỳ vọng sẽ được ứng dụng ở các công trình tại Bắc Cực và Nam Cực.
Dù đạt kết quả ấn tượng trong phòng thí nghiệm, BioPykrete hiện vẫn dừng ở giai đoạn chứng minh khái niệm và chưa thể khẳng định độ bền kết cấu qua nhiều năm sử dụng thực tế. Trong thời gian tới, các nhà khoa học sẽ tiếp tục thử nghiệm phản ứng của vật liệu trước các chu kỳ đóng băng - tan băng lặp lại, tải trọng áp lực kéo dài cũng như thử nghiệm các loại protein và kỹ thuật cấp đông khác nhau.
An An (theo SciTechDaily)
