Khi nói đến các vật liệu có nguồn gốc thực vật, nhiều người sẽ hình dung ra thứ gì đó "xanh" nhưng không được chắc chắn. Tuy nhiên, vật liệu composite sinh học mới do nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) thiết kế, được khẳng định là cứng như nhôm và chắc như xương.

Thành phần chính của vật liệu là tinh thể nano xenlulo (CNC), được khai thác từ các sợi xenluloza tạo nên thành tế bào của cây xanh, thông qua quá trình thủy phân bằng axit. Ở cấp độ nano, CNC cứng và chắc hơn sợi Kevlar. Do đó, trước đây người ta hy vọng nếu được bổ sung vào các polyme hiện có, chúng có thể khiến cho các polyme đó mạnh hơn. Tuy nhiên, CNC có xu hướng kết tụ lại, ngoài việc chỉ hình thành các liên kết yếu với phân tử polyme.

Để khắc phục những hạn chế đó, GS. A. John Hart cùng các cộng sự đã trộn bột CNC bán sẵn trên thị trường với polyme tổng hợp dạng lỏng theo tỷ lệ đã được tối ưu hóa để tạo ra gel. Sau đó, đầu dò siêu âm được sử dụng để phá vỡ tất cả các cụm CNC tạo thành. Điều đó cho phép các tinh thể nano riêng lẻ phân tán khắp gel, tạo liên kết bền chặt với các phân tử polyme.

Tiếp theo, một phần gel được đẩy qua vòi phun của máy in 3D và phần còn lại được đổ vào khuôn. Trong cả hai trường hợp, khi gel khô và co lại, đều tạo thành chất rắn cứng với mức CNC dao động từ 60% - 90%.

Ngoài ra, vật liệu composite có cấu trúc vi mô giống như gạch và vữa, tương tự như cấu trúc mang lại sức mạnh cho lớp vỏ của một số loài nhuyễn thể. Cấu trúc đó đã được chứng minh là ngăn các vết nứt lan khắp vật liệu.

Các thử nghiệm được thực hiện trên các tấm phim có kích thước bằng đồng xu làm bằng composite cho thấy nó "mạnh và chắc hơn một số loại xương, và cứng hơn các hợp kim nhôm thông dụng". Các nhà nghiên cứu cũng tạo ra một mô hình bằng kích thước thật của một chiếc răng người từ vật liệu này để chứng minh triển vọng sử dụng vật liệu trong cấy ghép nha khoa.

Tuy nhiên, trong khi chờ đợi, các nhà khoa học đang cố gắng giảm thiểu độ co của vật liệu composite khi nó khô lại. Như vậy, vật liệu sẽ phù hợp để sản xuất các đồ vật lớn hơn, trái ngược với các mẫu nhỏ hơn được tạo ra cho đến nay.

N.P.D (NASATI), theo https://newatlas.com/materials/wood-cellulose-polymer-composite/, 2/2022