Chế tạo được sợi sinh học cứng như thép từ cellulose gỗ

 ​Hình ảnh sợi sinh học được chế tạo từ cellulose gỗ, nước và muối ăn

Mới đây, một nhóm các nhà nghiên cứu làm việc tại viện công nghệ hoàng gia KTH, Stockholm, Thuỵ Điển mới đây đã phát triển một phương pháp khiến các sợi cellulose trở nên cứng như thép về tỉ lệ độ cứng/trọng lượng.

Nhóm nghiên cứu từ trung tâm khoa học về gỗ Wallenberg (WWSC) thuộc KTH cho rằng loại sợi mới này có thể được sử dụng như một vật liệu tự tiêu sinh học thay thế cho nhiều vật liệu dạng sợi khác được chế tạo từ các chất bền như sợi thuỷ tinh, nhựa và kim loại. Tất cả những gì cần để chế tạo sợi cellulose theo nhóm nghiên cứu là cellulose gỗ, muối ăn và nước.

Để tạo ra vật liệu, nhóm nghiên cứu đã lấy từng sợi cellulose và bóc tách thành các sợi thành phần (thớ sợi). Sau đó, họ tiến hành phân chia và ép các thớ sợi này bằng một kỹ thuật đặc biệt để tạo ra các bó sợi cứng hơn so với sợi ban đầu. Phương pháp này không mới và từng được áp dụng để gia cường các vật liệu tổng hợp, tuy nhiên, việc tái kết hợp các thớ sợi thành một sợi siêu cứng vẫn chưa thể đạt được trong các nghiên cứu trước đây và thành quả của KTH có thể xem là một phát hiện mới trong lĩnh vực nghiên cứu này.

Fredrik Lundell, thành viên nhóm nghiên cứu cho biết: “Chúng tôi đã lấy các thớ sợi từ sợi cellulose tự nhiên sau đó ghép các thớ sợi trở lại, tạo thành một bó sợi rất cứng. Mỗi bó sợi dày từ 10 đến 20 micron, tương đương với một sợi tóc người.”

​

Nhóm nghiên cứu đã chế tạo một chiếc máy đúc ép tỉ lệ nhỏ để tập hợp các thớ sợi sau khi chúng được trộn với nước và Natri Clorua (muối ăn). Bằng việc điều chỉnh áp suất ép cẩn thận, nhóm nghiên cứu đã có thể tạo ra các bó sợi bền, liên tục từ các thớ sợi. Trong quy trình này, họ cũng đã khéo léo điều chỉnh các góc tiếp xúc của thớ sợi để xác định độ bền và độ cứng của sợi. Nếu các thớ sợi được xếp song song với nhau, vật liệu sẽ rất cứng và không có tính dẻo. Ngược lại, nếu các thớ sợi được kết hợp tại nhiều góc tiếp xúc với nhau, vật liệu sẽ dẻo hơn và dễ uốn hơn.

Kết quả là các thớ sợi có thể được dùng để tạo ra không chỉ các bó sợi cứng như thép mà còn là các bó sợi dẻo với các thớ sợi được bện vào nhau. Từ đây, cellulose từ gỗ có thể thay thế cotton trong vải dệt hay thậm chí được dùng thay cho các sợi thuỷ tinh để chế tạo vỏ tàu thuyền hoặc xe hơi. Do vật liệu vẫn giữ nguyên đặc tính của cellulose nên có vẫn có thể phân huỷ sinh học như gỗ.

Theo một thành viên của nhóm nghiên cứu cho hay:
“Nghiên cứu của chúng tôi có thể hướng tới một loại vật liệu xây dựng mới có thể được áp dụng rộng rãi, thay cho sợi thuỷ tinh. Thử thách mà chúng tôi đang đối mặt hiện tại là tìm cách tăng quy mô sản xuất. Chúng tôi phải làm sao tạo ra được nhiều sợi dài cùng lúc để tăng tốc quy trình này. Tuy vậy, chúng tôi đã chứng minh rằng chúng tôi biết nên làm gì và chặng đường phía trước vẫn còn dài.” 

Nghiên cứu được thực hiện dưới sự hợp tác với trung tâm giá tốc đồng bộ điện tử DESY tại Hamburg, Đức. Báo cáo về nghiên cứu đã được đăng tải trên tạp chí khoa học Nature Communications.

Nguồn KTC, Tinhte