Sợi carbon thay đổi hình dạng: Loại nguyên liệu cần thiết cho một cuộc cách mạng trong lĩnh vực cơ học, khí động học, robot và hơn thế nữa

Hãy tưởng tượng các cánh tuabin gió giờ đây có thể thay đổi hình dạng để đạt được hiệu quả cao nhất tùy theo sự biến động của tốc độ gió tại từng thời điểm. Hoặc cánh máy bay có thể uốn cong và thay đổi hình dạng của chính chúng mà không cần bánh lái và hệ thống căn chỉnh thủy lực. Đây chỉ là hai trong số vô vàn ứng dụng tiềm năng bắt nguồn một loại vật liệu sợi carbon hoàn toàn mới, có thể linh hoạt thay đổi hình dạng, được tạo ra bởi các nhà nghiên cứu đến từ Thụy Điển.

Khả năng thay đổi hình dạng của loại sợi carbon này về cơ bản nhờ vào sự trợ giúp của xung điện từ. Hỗn hợp sợi carbon trạng thái rắn mới đã này được các nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ Hoàng gia Thụy Điển phát triển thành công. Tiến sĩ Dan Zenkert, đồng tác của công trình nghiên cứu, cho biết loại vật liệu này có thể thể hiện được gần như tất cả các đặc tính có lợi của vật liệu biến đổi hình dạng mà không chứa đựng nhược điểm cố hữu nào của sợi carbon, chẳng hạn như trọng lượng và độ cứng cơ học không đảm bảo để ứng dụng trong một số trường hợp cụ thể.

“Khả năng biến hình linh hoạt của loại sợi carbon này có thể được ứng dụng và tạo ra những thay đổi lớn trong ngành công nghiệp chế tạo robot và vệ tinh, dựa vào các hệ thống động cơ cơ học nặng, bơm thủy lực và khí nén, hoặc solenoids để tạo ra sự thay đổi hình dạng nhưng vẫn đảm bảo sự bền vững”, Zenkert cho biết.

Một cách để giảm độ phức tạp cơ học là sử dụng vật liệu biến đổi trạng thái rắn. Loại sợi carbon mới này nhẹ, nhưng cứng hơn nhôm và có thể thay đổi hình dạng nhờ vào tác động của dòng điện. Nó khả năng tạo ra các biến dạng lớn và giữ nguyên (ở mức tương đối) khi cần thiết.

Hợp chất bao gồm ba lớp, hai trong số đó là sợi carbon thương mại pha tạp với các ion lithium ở mỗi bên của một “dải phân cách mỏng”. Khi mỗi lớp sợi carbon có sự phân bố các ion bằng nhau, vật liệu sẽ ở trạng thái thẳng. Khi dòng điện được áp dụng, các ion lithium di chuyển từ bên này sang bên kia khiến vật liệu bị uốn cong. Tương tự, việc đảo ngược dòng điện cho phép vật liệu trở về trạng thái cân bằng và lấy lại dạng không ổn định trước đó.

“Chúng tôi đã có thời gian làm việc với các loạipin cấu trúc, chẳng hạn như vật liệu tổng hợp sợi carbon cũng có thể lưu trữ năng lượng như pin lithium-ion. Đây là một bước tiến lớn. Chúng tôi hy vọng nó có thể dẫn đến các khái niệm hoàn toàn mới cho về loại vật liệu chỉ thay đổi hình dạng bằng điều khiển điện, nhưng vẫn nhẹ và cứng”.