Vật liệu mới siêu dẻo dai và bền bỉ từ MIT: Ứng dụng tiềm năng trong chip điện tử linh hoạt

Các nhà nghiên cứu tại MIT vừa công bố một kỹ thuật chế tạo vật liệu mới, cho phép vật liệu vừa dẻo dai, vừa mạnh mẽ và có độ cứng nhất định. Bí quyết nằm ở thiết kế mạng lưới kép vi mô, kết hợp giữa các thanh chống siêu nhỏ và cấu trúc dệt. Thử nghiệm đầu tiên trên một loại polyme giống plexiglass cho thấy, vật liệu có thể kéo giãn gấp bốn lần kích thước ban đầu trước khi bị phá vỡ. Điều đáng chú ý là kỹ thuật này có thể áp dụng cho nhiều loại vật liệu khác như thủy tinh, gốm sứ và kim loại, mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là sản xuất chất bán dẫn. Cấu trúc metamaterial này có được độ cứng nhờ các thanh chống và giàn đỡ siêu nhỏ, nhưng lại khá giòn. Tuy nhiên, bằng cách thêm vào một cấu trúc sợi giống như cuộn dây bao quanh hệ thống hỗ trợ tuyến tính, vật liệu polyme đã có thể kéo giãn gấp ba lần kích thước ban đầu trước khi hỏng, gấp khoảng mười lần so với vật liệu chỉ sử dụng cấu trúc lưới cơ bản. Giáo sư Carlos Portela từ MIT, một thành viên của nhóm nghiên cứu, cho biết: "Chúng tôi đang mở ra một lĩnh vực mới cho metamaterial. Bạn có thể in 3D một kim loại hoặc gốm sứ có cấu trúc mạng lưới kép, và bạn sẽ nhận được nhiều lợi ích, chẳng hạn như cần nhiều năng lượng hơn để phá vỡ chúng và chúng sẽ dẻo dai hơn đáng kể." Sự linh hoạt tăng thêm đến từ các nút thắt và sự vướng víu của cấu trúc sợi bên trong khung lưới. Điều này cho phép vật liệu hấp thụ nhiều ứng suất hơn, và khi một vết nứt xuất hiện trên một thanh chống, nó khó có thể lan rộng ra do năng lượng được phân tán không đồng đều trong vật liệu. Giáo sư Portela ví von: "Hãy nghĩ về mạng lưới dệt này như một mớ mì spaghetti rối tung xung quanh một lưới. Khi chúng ta phá vỡ mạng lưới lưới nguyên khối, những phần bị vỡ đó sẽ kéo theo, và bây giờ tất cả mớ spaghetti này bị vướng vào các mảnh lưới. Điều đó thúc đẩy sự vướng víu hơn giữa các sợi dệt, có nghĩa là bạn có nhiều ma sát và tiêu tán năng lượng hơn." Kỹ thuật mới này có thể được ứng dụng trong sản xuất chất bán dẫn, cho phép tạo ra các chip điện tử linh hoạt, có thể gắn trên quần áo và các phụ kiện đeo được khác. Hơn nữa, nhóm nghiên cứu đang khám phá việc sử dụng hai vật liệu khác nhau cho cấu trúc. Ví dụ, sử dụng polyme có phản ứng khác nhau với nhiệt độ, để vật liệu trở nên mềm hơn và dễ uốn hơn trong môi trường lạnh, trong khi cứng hơn và chắc chắn hơn trong môi trường nóng. Mặc dù có thể chưa thấy ứng dụng ngay lập tức trong công nghệ đeo trong năm tới, những tiến bộ này hé lộ những khả năng trong tương lai. Có lẽ chúng ta sẽ thấy quần áo thông minh hoặc thiết bị đeo tiên tiến được cung cấp năng lượng bởi chip sử dụng công nghệ này trong tương lai.