Tạo được cấu trúc mạng tinh thể nhỏ nhất thế giới, nhỏ đến mức bạn không tin nổi

Cấu trúc mạng tinh thể nhỏ nhất tồn tại dưới dạng một thanh chống đơn ngắn hơn 1mm và có đường kính nhỏ chỉ khoảng 200nm.

Tiến sỹ Jens Bauer dẫn đầu nhóm nghiên cứu cho biết, đây là mạng lưới nhỏ nhất trên thế giới có thể nhìn thấy dưới kính hiển vi. Một mạng lưới tinh thể đơn có kích thước khoảng 10.000 nm.

Bauer cũng đồng thời cho biết trong bài báo được đăng tải trên tạp chí Nature Materials: "Cấu trúc mạng tinh thể bền chắc nhỏ nhất được sản xuất bằng quá trình in khắc laser 3D lần đầu tiên trên thế giới",

Trong thí nghiệm của các nhà nghiên cứu, tiến sỹ Bauer cùng các đồng nghiệp đã tạo ra 3 mạng tinh thể có kích thước khác nhau với các lỗ hình tứ diện có cạnh hoặc chiều dài chân chống khoảng 10, 7,5 và 5 µm.

Tiếp đó các nhà nghiên cứu tiếp tục quá trình nhiệt phân, các mạng tinh thể siêu nhỏ polymer nhanh chóng chuyển đổi thành dạng cấu trúc nano carbon.

Bauer giải thích, những mạng lưới này được tiếp xúc với nhiệt độ khoảng 900 độ C trong lò ống chân không.

"Trong suốt quá trình nhiệt phân, kích thước của các lỗ tổ ong trong cấu trúc đã giảm đi khoảng 80% so với kích thước ban đầu, mạng lưới đàn hồi với độ dài cạnh các đơn vị tế bào lần lượt khoảng 2.020 nm, 1.440 nm và 970 nm", Bauer nói.

Cột chống của mạng lưới có tiết diện hình elip với đường kính trục 330, 270 và 225 nm và đường kính bên là 275, 235 và 205 nm tương đương với ba kích thước mạng tinh thể khác nhau.

Cấu trúc cuối cùng được thử nghiệm thêm về độ bền và sự ổn định. Tiến sỹ Jen Bauer cho biết: "Vật liệu xây dựng nhẹ như xương và gỗ được tìm thấy ở khắp mọi nơi trong tự nhiên. Mạng lưới tinh thể này có khả năng chịu tải cao và trọng lượng nhỏ, do đó đây là một hình mẫu cho những siêu vật liệu cơ khí".

Theo kết quả của nghiên cứu, khả năng chịu tải của mạng lưới rất gần với giới hạn về mặt lý thuyết.

Tỷ lệ sức bền tính trên mật độ của mạng tinh thể nano cao hơn 6 lần so với mạng tinh thể được báo cáo trước đó. Một cấu trúc liên kết dạng tổ ong có khả năng chịu tải lên tới 1,2 tỷ N/m2. Con số này gấp 12.000 lần áp suất của bầu khí quyển. Tuy nhiên cấu trúc này khó có thể so sánh với mạng tinh thể mới.

Thực tế chỉ có kim cương với tỷ lệ sức bền tính trên mật độ vật liệu cao mới có thể chịu được một lực tương đương. Tuy nhiên, mạng tinh thể siêu nhỏ thậm chí còn cứng chắc hơn thế. Chúng có thể chịu được lực lên tới 3 tỷ N/m2 nhờ kỹ thuật chế tạo thanh chống bằng cách khắc laser 3D. Chùm tia laser được phóng ra khiến lớp nhựa lỏng hấp thụ hai photon cùng lúc.

Do quá trình này chỉ xảy ra ở trung tâm của chùm tia laser nên phương pháp này cho độ chính xác cực cao trong quá trình in. Chưa kể, độ chắc chắc của mực in có thể được thấy ở bất kỳ độ sâu nào và không chỉ ở riêng bề mặt.

Ngoài khả năng chịu lực vô cùng mạnh mẽ, mạng tinh thể này còn có tính năng dẫn diện rất tốt. Điều này có nghĩa rằng mạng lưới tinh thể có thể được sử dụng như một điện cực trong các thiết bị điện. Nói cách khác, mạng lưới tinh thể trên được phân loại giống như một siêu vật liệu có cấu trúc vi thể hoặc nano, được tạo ra với tính chất cơ học và quang học mới.

Công nghệ nano có khả năng điều khiển mọi cấu trúc ở cấp độ nguyên tử và dựa vào công nghệ này, con người có thể thay đổi cả thế giới. Từ việc tạo ra da nhân tạo cho tới hóa trị y tế, công nghệ nano đang đóng góp ngày càng nhiều vào đời sống của con người.

Tham khảo Sci-news và IFLScience