Cấu trúc vi mô độc đáo của lông chim của chim xanh phía đông, một loại chim thóc Bắc Mỹ, đã truyền cảm hứng cho việc tạo ra một vật liệu tổng hợp mới đơn giản để sản xuất, có thể mở rộng và mạnh mẽ, có thể được sử dụng trong pin và bộ lọc nước.
Màu xanh rực rỡ đặc trưng của cánh chim xanh phía đông là do có một hệ thống kênh trong lông của nó với đường kính chỉ vài trăm nanômét. Nhìn thấy tiềm năng của cấu trúc mạng này như một vật liệu có thể sử dụng, một nhóm nghiên cứu từ ETH Zürich đã cố gắng sao chép nó trong phòng thí nghiệm.
Sử dụng cao su silicone trong suốt làm vật liệu khởi đầu, các nhà nghiên cứu đặt nó trong một dung dịch dầu và để nó phình lên trong vài ngày trong một lò được làm nóng lên 140 ° F (60 ° C). Sau đó, nó được làm lạnh để giảm tính tan của chất lỏng và cao su được chiết xuất từ dung dịch dầu.
Phân tích vật liệu dưới kính hiển vi để xem cấu trúc nano của nó đã thay đổi trong quá trình, các nhà nghiên cứu xác định cấu trúc mạng tương tự như trong lông của chim xanh. Sự khác biệt duy nhất là độ dày của các kênh được tạo ra; trong lông, chúng có khoảng 200 nanômét, và trong vật liệu tổng hợp, chúng có 800.
Chìa khóa để tạo ra cấu trúc mạng mới trong vật liệu là quá trình phân tách pha. Bạn có thể gặp hiện tượng này trong bếp khi cố gắng pha trộn dầu và giấm để tạo ra nước sốt salad. Các chất lỏng pha trộn khi lắc nhưng tách khi việc lắc dừng lại. Tuy nhiên, một phương pháp thay thế có thể được sử dụng để pha trộn dầu và giấm: làm nóng và sau đó làm lạnh. Đó là nguyên lý mà các nhà nghiên cứu áp dụng ở đây, và việc gián đoạn quy trình làm cho các kênh cần thiết được tạo ra.
“Chúng tôi có thể kiểm soát và chọn điều kiện sao cho các kênh được hình thành trong quá trình phân tách pha,” Carla Fernández-Rico, tác giả chính của nghiên cứu, nói. “Chúng tôi đã thành công trong việc ngừng quy trình trước khi hai pha hoàn toàn kết hợp lại với nhau.”
Phương pháp sử dụng bởi các nhà nghiên cứu đã tạo ra vật liệu tổng hợp có kích thước vài centimet và có thể mở rộng.
“Về nguyên tắc, bạn có thể sử dụng một mảnh nhựa mềm bất kỳ,” Fernández-Rico nói. “Tuy nhiên, bạn cũng sẽ cần các container và lò lớn tương ứng.”
Các nhà nghiên cứu nói rằng vật liệu mới của họ đã thu hút sự quan tâm từ cộng đồng vật lý.
“Chúng tôi có một hệ thống đơn giản chỉ với hai thành phần, nhưng cấu trúc cuối cùng thu được rất phức tạp và được kiểm soát bởi các thuộc tính của các thành phần,” Fernández-Rico nói. “Chúng tôi đã được tiếp cận bởi một số nhóm lý thuyết đề xuất việc sử dụng các mô hình vật lý để hiểu rõ nguyên tắc vật lý chính của quy trình mới này và dự đoán kết quả của nó.”
Về mặt thực tế, họ nói rằng vật liệu có thể tiềm năng được sử dụng trong pin và bộ lọc nước. Đối với bộ lọc nước, tỷ lệ diện tích bề mặt so với thể tích là lớn khi cấu trúc giống như kênh được sử dụng, tạo điều kiện cho việc loại bỏ chất ô nhiễm một cách hiệu quả hơn. Nếu diện tích bề mặt không đủ, chất rắn sẽ tác động lên phương tiện truyền thông ở tốc độ cao, gây suy giảm sớm của màng lọc hoặc phương tiện truyền thông cơ bản. Một diện tích lọc không đủ cũng sẽ tăng áp suất qua hệ thống và dẫn đến tiêu thụ năng lượng cao hơn.
Dung dịch điện giải của pin là một dung dịch lỏng hoặc dạng nhũ bên trong pin và chuyển các ion mang điện tích dương giữa các terminal catôt và anôt. Một trong những lý do khi