Đầu năm 2026, tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences (thuộc Viện Hàn Lâm Khoa học Mỹ) đăng tải công trình phát minh của kỹ sư Mỹ về một loại vật liệu composite mới có khả năng "tự phục hồi".
Hãy tưởng tượng một chiếc xe hơi hay cánh máy bay tự phát hiện vết nứt nhỏ bên trong rồi tự vá lại trong đêm mà không cần con người đưa vào xưởng, không cần thay linh kiện. Đó là thứ mà vật liệu composite EMAA hoàn toàn mới đang hướng tới. Vật liệu này được mô tả có thể giúp tàu vũ trụ, máy bay, ô tô và tuabin gió có tuổi thọ hàng răm năm.
Cụ thể, công trình do các kỹ sư từ Đại học Bang Bắc Carolina và Đại học Houston có gì đặc biệt?
Vô hiệu hóa "tử huyệt thế kỷ" của vật liệu FRP: Hiện tượng phân lớp
Kể từ khi được giới thiệu vào những năm 1930, vật liệu composite polymer gia cường sợi (FRP) đã được sử dụng rộng rãi.
Máy bay, ô tô thể thao, cánh tuabin gió hiện nay đều dùng vật liệu FRP - nhẹ, cứng, nhưng có một "tử huyệt" tồn tại 96 năm (gần 1 thế kỷ) kể từ khi nó xuất hiện: Theo thời gian, các vết nứt nhỏ khiến các lớp vật liệu tách rời nhau gọi là "phân lớp" (delamination). Đây chính là lý do các linh kiện chứa vật liệu composite FRP thường chỉ dùng được 15 đến 40 năm.
Kiểu hỏng hóc này không chỉ làm suy yếu lợi thế cơ học về trọng lượng nhẹ mà còn làm tăng chi phí và tác động môi trường của các vật liệu kết cấu hiện đại này, vốn rất khó sửa chữa/tái chế.
Hậu quả không chỉ là tốn tiền thay thế. Riêng cánh tuabin gió dự kiến thải ra 43 triệu tấn rác thải trên toàn thế giới vào năm 2050 - một thảm họa môi trường âm thầm mà ít ai nhắc đến.
Nguồn ảnh: Ffennema/Getty Images
Giải pháp: Nhúng "chất tự vá" vào bên trong vật liệu FRP
Bí quyết của các kỹ sư Mỹ nằm ở một loại nhựa nhiệt dẻo tên EMAA [ethylene-co-methacrylic acid] được in 3D thành các lớp mỏng, cài xen kẽ vào bên trong tấm composite như kiểu "lớp kẹp" trong bánh sandwich.
Cơ chế hoạt động rất thú vị, các lớp EMAA được ghép với một dây điện trở siêu mỏng. Khi có vết nứt xuất hiện, dây này phát nhiệt, làm chảy lớp EMAA bên trong. Nhựa lỏng chảy vào lấp đầy các vết nứt và khe hở, rồi đông cứng lại, giúp vá hoàn toàn từ bên trong mà không cần tháo rời bất cứ thứ gì.
Thậm chí toàn bộ quá trình có thể tự động hóa bằng cách gắn thêm cảm biến phát hiện vết nứt, hệ thống sẽ tự kích hoạt chu trình tự vá mà không cần con người can thiệp.
Ảnh minh họa: Sika
Con số khiến ai cũng phải ngạc nhiên
Các lớp EMAA đã làm tăng khả năng chống phân lớp của vật liệu gốc lên 2 đến 4 lần ngay cả trước khi kích hoạt cơ chế tự lành. Vật liệu có thể tự vá hơn 1.000 lần.
Về tuổi thọ dự kiến. Vật liệu có thể dùng khoảng 125 năm, nếu thực hiện chu trình tự vá mỗi quý một lần. Nếu chỉ vá một lần mỗi năm, con số đó lên tới 500 năm.
Triển vọng thương mại hóa là có thật
Khác với nhiều nghiên cứu chỉ nằm mãi trong ngăn kéo, nhóm nghiên cứu người Mỹ đã đăng ký bằng sáng chế và cấp phép thông qua startup Structeryx Inc - công ty chuyên về vật liệu composite kết cấu. Triển vọng để công nghệ này thực sự ra thị trường được đánh giá là khá khả quan.
Trang Ly
