Các nhà khoa học Hà Lan mới đây đã phát triển một loại vật liệu hoàn toàn mới mang tên “compleximer”, một dạng polyme phức hợp có thể kết hợp những đặc tính vốn được cho là không thể tồn tại cùng lúc.

Theo nhóm nghiên cứu tại Đại học & Nghiên cứu Wageningen (WUR), loại vật liệu có màu hổ phách này vừa bền dẻo như nhựa, chịu được va đập mạnh, vừa có thể tạo hình và thổi như thủy tinh. Phát hiện này được xem là bước tiến quan trọng, thách thức những quan niệm lâu nay trong khoa học vật liệu.

Phá vỡ quy luật về độ giòn của vật liệu

Trong nhiều thập kỷ, giới khoa học tin rằng các vật liệu dạng “thủy tinh” nếu nóng chảy chậm và dễ gia công thì chắc chắn sẽ trở nên giòn và dễ vỡ. Đây là quy luật được xem gần như là bất biến.

Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu do Giáo sư Jasper van der Gucht dẫn đầu đã chứng minh điều ngược lại. Vật liệu compleximer có thể nóng chảy đủ chậm để tạo hình chi tiết, nhưng vẫn dẻo dai đến mức có thể nảy lên khi rơi xuống sàn thay vì vỡ vụn.

Bí quyết của loại vật liệu mới nằm ở cấu trúc liên kết ở cấp độ phân tử. Thay vì sử dụng các liên kết chéo hóa học vĩnh viễn như nhựa truyền thống, compleximer được giữ với nhau bằng lực hút vật lý.

Trong cấu trúc này, một nửa chuỗi phân tử mang điện tích dương, nửa còn lại mang điện tích âm. Các điện tích trái dấu hút nhau như những nam châm, tạo ra liên kết linh hoạt giữa các chuỗi.

Do lực hút này hoạt động ở khoảng cách xa hơn so với liên kết hóa học, giữa các chuỗi phân tử tồn tại nhiều “không gian thở” hơn. Chính đặc điểm này giúp vật liệu vừa có thể tạo hình ở nhiệt độ cao, vừa hấp thụ va đập tốt mà không bị vỡ.

Một mảnh compleximer có thể dễ dàng uốn cong.

Theo các nhà nghiên cứu, phát hiện này cho thấy những vật liệu mang điện tích có thể cho thấy các hành vi hoàn toàn mới, vượt ra ngoài những gì khoa học trước đây dự đoán.

Một trong những điểm đáng chú ý của compleximer là khả năng tự phục hồi. Do các chuỗi phân tử liên kết bằng lực vật lý thay vì liên kết hóa học vĩnh viễn, vật liệu có thể được sửa chữa chỉ bằng cách làm nóng.

Chẳng hạn, nếu mái lợp hoặc đồ nội thất làm từ compleximer bị nứt, người dùng chỉ cần hơ nóng khu vực đó bằng máy sấy tóc rồi ép lại, các “nam châm phân tử” sẽ tự kết nối trở lại, giúp vật liệu phục hồi như ban đầu.

Hướng tới vật liệu sinh học bền vững

Hiện tại, compleximer vẫn được sản xuất từ nguyên liệu có nguồn gốc hóa thạch. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu đang hướng đến các phiên bản dựa trên nguồn sinh học để tăng tính bền vững.

Theo nhà nghiên cứu Wouter Post, công trình này mở ra khả năng phát triển các loại nhựa không chỉ dễ sửa chữa mà còn có thể được thiết kế để phân hủy sinh học nhanh hơn. Điều này có thể góp phần giảm tác động môi trường của nhựa trong tương lai.

Trong những năm tới, nhóm của Giáo sư van der Gucht sẽ tập trung phát triển các phiên bản compleximer từ nguyên liệu sinh học, nhằm đưa phát hiện này trở thành một giải pháp vật liệu bền vững cho nhiều ứng dụng thực tế.