Thuỷ tinh siêu mỏng - vật liệu bền và nhẹ hơn các loại sắt thép

Thuỷ tinh thường là một loại vật liệu rất dễ vỡ, nhưng khi ở trạng thái siêu mỏng, nó có thể chịu được áp lực lên tới hàng tấn.

Độ bền và nhẹ của các loại vật liệu có thể mang lại nhiều ứng dụng khác nhau, nhưng chúng lại thường xuyên loại trừ lẫn nhau.

Thông thường, các vật liệu nhẹ sẽ kém bền và ngược lại. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu từ Đại học Connecticut (Mỹ) đã phát triển một loại vật liệu cực kỳ bền và nhẹ, cấu tạo từ DNA và thuỷ tinh.

Thuỷ tinh thường không phải là lựa chọn tốt để chế tạo các đồ vật rắn vì nó dễ vỡ. Tuy nhiên, người ta phát hiện ra rằng, khả năng dễ vỡ chỉ khi có sai sót trong cấu trúc của nó như những vết xước, nứt hoặc thiếu nguyên tử. Nếu một mảnh thủy tinh không có những vấn đề trên, một centimet khối có thể chịu được áp suất lên tới 10 tấn.

Tạo ra một tấm thuỷ tinh lớn không có khuyết điểm là điều vô cùng khó khăn, nhưng các nhà nghiên cứu biết cách tạo ra những mảnh thủy tinh hoàn hảo ở cỡ nhỏ. Miễn là mảnh thủy tinh có độ dày dưới một micromet, nó có thể duy trì trạng thái hoàn hảo và mang lại độ cứng cao.

Do mật độ của thủy tinh thấp hơn mật độ của kim loại và gốm, nên bất kỳ loại cấu trúc nào làm bằng thủy tinh hoàn hảo có kích thước nano đều vừa bền vừa nhẹ.

Để tận dụng sức bền và độ nhẹ của vật liệu thuỷ tinh cỡ siêu mỏng, nhóm nghiên cứu đã tạo ra một cấu trúc DNA tự lắp ráp. Đây là những đoạn DNA có độ dài và tính chất hóa học cụ thể, cho phép chúng tự liên kết với nhau thành một khung xương cho vật liệu.

Khung DNA này sau đó được phủ một lớp thủy tinh siêu mỏng bởi các nhà khoa học. Lớp thủy tinh siêu mỏng bao phủ các sợi DNA và tạo ra một loại vật liệu độ bền cao nhưng lại có cấu trúc rỗng, do đó nó rất nhẹ.

Các nhà khoa học tin tưởng rằng, loại vật liệu mới này có thể đem lại nhiều ứng dụng cho cuộc sống con người, như chế tạo máy bay, tàu vũ trụ hay áo giáp nhờ khả năng gia tăng khả năng chống chọi của vật liệu mà vẫn giữ được độ nhẹ cần thiết.