Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Vật liệu cấu trúc hình lá có thể xử lý tràn dầu (04/04/2018)

Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Southern California đã dựa vào cấu trúc của lá cây để chế tạo vật liệu tách dầu khỏi nước, có triển vọng cho ra đời một phương pháp làm sạch tràn dầu hiệu quả và an toàn.

Ngoài ra, vật liệu còn có khả năng “điều khiển giọt nhỏ” hoặc vận chuyển khối lượng nhỏ chất lỏng. Kỹ thuật vi lưu dựa vào giọt nhỏ là công cụ được sử dụng trong nhiều ứng dụng như nuôi cấy tế bào, tổng hợp hóa học và lập trình tự AND.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp in 3D để mô phỏng thành công hiện tượng sinh học trong lá cây được gọi là “hiệu ứng bèo ong”. Những chiếc lá độc đáo này siêu chống thấm nước, nghĩa là kỵ nước và giữ lại túi khí ở xung quanh khi ngập trong nước do sự xuất hiện của các sợi lông chống thấm nước.

PGS. Yong Chen, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng bề mặt lá cây chống thấm nước rất tốt là do cây sống trên mặt nước và cần không khí để sinh tồn. Nếu thiếu không khí cho sự phát triển lâu dài của cây, cây có thể ngập chìm trong nước và sẽ chết.

Cấu trúc chống thấm nước

Ở cấp độ vi mô, các sợi lông trên lá sắp xếp thẳng hàng theo một cấu trúc giống như máy đánh trứng. Bề mặt lá của bèo ong bao gồm cấu trúc như “máy đánh trứng” có khả năng chống thấm nước tuyệt vời.

Nhóm nghiên cứu đã áp dụng phương pháp in 3D tích tụ trên bề mặt ngập nước để tạo ra vi cấu trúc của máy đánh trứng trong các mẫu được làm từ nhựa và các ống nano cacbon. Phương pháp này cho phép nhóm nghiên cứu chứng minh khả năng chế tạo vật liệu có cả hai tính chất siêu chống thấm nước và hút dầu để tạo ra lực mao mạch giúp tách dầu khỏi nước với hiệu quả cao. 

Các nhà khoa học đã in 3D mẫu vật liệu có thể tách thành công dầu khỏi nước trong các thủy vực rộng. Nhóm nghiên cứu hy vọng công nghệ có thể được áp dụng để sản xuất vật liệu trên quy mô lớn phục vụ xử lý tràn dầu ở phạm vi rộng như đại dương. Các phương pháp hiện nay cần nhiều năng lượng ở dạng điện trường hoặc áp suất cơ học.

Ứng dụng vi lưu

“Hiệu ứng bèo ong” còn có triển vọng cho công nghệ xử lý chất lỏng thực hiện “điều chỉnh hạt nhỏ” - bước đột phá trong đó mức độ bám dính của chất lỏng vào cánh tay rô bốt có thể được điều chỉnh phù hợp và dẫn đến khả năng vận chuyển khối lượng nhỏ chất lỏng mà không bị tổn thất. Kỹ thuật có thể được áp dụng theo nhiều phương thức như tổng hợp hạt nano, kỹ thuật mô, phát hiện thuốc và theo dõi phân phối thuốc.

Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Advanced Materials.

Nguồn: N.P.D (NASATI),

Cập nhật: 30/4/2018