Một t�?bào g�?đơn l�?cấu thành t�?những sợi cellulose - là th�?polymer t�?nhiên dẻo dai, và cũng là thành phần làm nên cấu trúc của mọi thực vật. Trong mỗi sợi vật chất đó là tinh th�?nano cellulose gia c�?(reinforcing cellulose nanocrystal, hay CNC); chúng là những chuỗi polymer hữu cơ xếp thành những hình tinh th�?cận hoàn hảo.

�?quy mô nano, CNC rắn chắc hơn áo giáp Kevlar, và có tiềm năng sản sinh ra những loại nhựa t�?nhiên dẻo dai hơn, thân thiện hơn với môi trường.

Một lớp tinh th�?nano cellulose trong đĩa petri.

Đ�?đạt mục tiêu đó, một nhóm các nhà nghiên cứu tại MIT đã tạo ra một chất tổng hợp làm t�?các tinh th�?cellulose kết hợp với một chút polymer nhân tạo. S�?tinh th�?hữu cơ chiếm t�?60-90% thành phần cấu tạo vật chất; các nhà khoa học đồng thời lập k�?lục khi tạo ra s�?vật chất chứa nhiều CNC nhất t�?trước tới nay.

Vật chất mới cứng chắc hơn một s�?dạng xương rắn rỏi, và cũng cứng rắn hơn hợp kim nhôm vẫn được dùng trong ch�?tác. Vi cấu trúc của vật liệu mới có th�?so sánh được với lớp xà c�?trắng bóng thường thấy trong v�?của động vật thân mềm.

Lớp xà c�?trắng bóng trong v�?ốc.

Công thức ch�?tạo hợp chất chứa CNC mới cho phép các nhà khoa học vừa có th�?in 3D vật chất, lại vừa có th�?đúc vật liệu theo cách thông thường. “Bằng cách tạo ra hợp chất chứa một lượng lớn CNC, chúng tôi có th�?đưa những đặc tính chưa từng có vào các vật liệu gốc polymer”, A. John Hart, giáo sư công tác trong d�?án mới cho hay. 

“Nếu ta có th�?thay th�?những loại nhựa gốc dầu hỏa với cellulose gốc t�?nhiên, điều này s�?có th�?cải thiện [th�?trạng] hành tinh”.

Một t�?hợp dẻo linh hoạt

Mỗi năm, các dây chuyền sản xuất công nghiệp tổng hợp được hơn 10 tấn cellulose t�?v�?cây, g�?và lá của thực vật. Đa s�?chúng được dùng trong sản xuất giấy hoặc vải dệt, một phần nh�?được dùng trong ch�?biến thực phẩm hay m�?phẩm.

Chất g�?lignin chứa tinh th�?nano cellulose.

Những năm gần đây, khoa học bắt đầu đ�?mắt tới cấu trúc tinh th�?nano của cellulose, vốn có th�?được chiết xuất d�?dàng nh�?acid hydrolysis. Tuy nhiên, n�?lực b�?sung CNC vào vật chất vẫn còn gặp nhiều tr�?ngại, khi th�?tinh th�?này có xu hướng vón cục, không bám chắc lấy những phân t�?polymer.

Giáo sư Hart và các cộng s�?vẫn đau đáu tìm cách tạo ra một vật liệu tổng hợp chứa mức CNC cao, có th�?được nhào nặn d�?dàng thành những hình dáng có lợi. H�?d�?định trộn CNC và polymer vào thành một th�?gel dẻo quánh, dùng được cho máy in 3D hoặc đ�?vào khuôn đúc. S�?dụng công ngh�?siêu thanh đ�?kh�?những phần vón cục, nhóm đã có th�?giúp t�?hợp chất kết dính với nhau hiệu qu�?hơn.

“V�?cơ bản, chúng tôi phân rã g�?ra rồi tổng hợp lại chúng”, nhà nghiên cứu Abhinav Rao nhận định. “Chúng tôi lấy phần tốt nhất của g�? tức là tinh th�?nano cellulose, và tái cấu trúc chúng thành một vật liệu tổng hợp mới”.

Vật liệu rắn chắc

Khi khám phá cấu trúc của hợp chất dưới kính hiển vi, nhóm phát hiện ra những hạt cellulose đã được sắp xếp thành cấu trúc tương t�?như lớp xà c�?có trong v�?nhiều động vật thân mềm. Vốn dĩ, cấu trúc dạng này s�?chống chịu tốt trước các vết nứt, khiến vật liệu mới thêm phần rắn chắc.

Khối vật chất được in 3D t�?vật liệu mới, với đặc tính rắn không khác gì nhôm dùng trong công nghiệp.

Khi đưa vào th�?nghiệm, nhóm thấy rằng những hạt cellulose giúp vật liệu không v�?làm đôi dù b�?nứt. Kh�?năng chống chịu khiến vật liệu tr�?thành t�?hợp chất tiềm năng, mang trong mình s�?cứng cáp, dẻo dai của c�?kim loại và nhựa.

Trong tương lai gần, nhóm nghiên cứu tiếp tục tìm cách hạn ch�?việc vật liệu giảm th�?tích khi đông cứng. �?quy mô lớn, việc giảm th�?tích có th�?khiến cấu trúc vật th�?mất tính ổn định.

“Nếu như có th�?ngăn ngừa vật liệu teo lại, chúng ta có th�?tiếp tục tăng quy mô d�?án, với vật th�?có th�?lên tới hàng mét”, nhà nghiên cứu Rao nhận định. “Nếu mơ đ�?lớn, chúng tôi còn có th�?thay th�?một phần đáng k�?nhựa với chất tổng hợp t�?cellulose”.