Ảnh: Đại học Manchester

Các nhà khoa học từ Đại học Manchester đã tạo ra “loại vải tốt nhất thế giới”, vượt qua vải lanh của Ai Cập, bằng cách dệt các phân tử riêng lẻ lại với nhau. Nhóm nghiên cứu đã giành được Kỷ lục Guinness Thế giới về thành tích này. Lần đầu tiên các nhà khoa học tìm ra cách dệt các sợi có kích thước phân tử trong các lớp 2 chiều.

Việc dệt các sợi chỉ có đường kính từ vài mm (lau sậy, sợi thực vật, v.v.) đến vài micrômét (len, bông, polyme tổng hợp, v.v.) đã đóng góp vào sự phát triển của ngành dệt qua nhiều thời đại, từ chỗ con người ở thời kỳ đồ đá làm lưới đánh bắt cá và dệt vải để giữ ấm cho bản thân đến những loại vải dệt hiện đại đang được sử dụng hàng ngày.

Lần đầu tiên, nhóm nghiên cứu đã tạo ra một loại vải dệt phân tử 2D có số sợi (trên mỗi inch) từ 40-60 triệu – loại vải lanh Ai Cập tốt nhất có số sợi khoảng 1500.

Ngành dệt có nhiều ứng dụng, đối với loài chim chúng đan cành cây con để xây tổ, và con người ứng dụng dệt để làm lưới đánh cá, giỏ để đựng đồ và vải để may quần áo. Nhựa được làm từ các sợi phân tử dài gọi là polyme, và nhóm nghiên cứu muốn tìm ra cách dệt những sợi đó để tạo ra các loại vải dệt phân tử có độ bền và độ đàn hồi đặc biệt giống như các tấm vải lanh khác được làm từ các xơ bông tách rời.

Nhóm cộng tác đã sử dụng hóa học để dệt các sợi có kích thước phân tử. Các nguyên tử kim loại và các ion mang điện tích âm hoạt động song song với nhau để tạo nên các khối cấu tạo phân tử nhỏ được tạo ra từ các nguyên tử cacbon, hydro, oxy, nitơ và lưu huỳnh. Các khối sau khi hình thành được liên kết với nhau giống như các mảnh ghép hình để tạo thành các tấm sợi phân tử dệt đơn lẻ trong loại vải dày chỉ khoảng 4 phần triệu milimet (4 nanomet). Tại thời điểm này, mảnh vải lớn nhất được tạo ra có chiều dài chỉ 1 mm. Nó cực kỳ nhỏ, nhưng nó thực sự lớn hơn những mảnh graphene được tạo ra lần đầu tiên.

Kết quả nghiên cứu đã được báo cáo trên tạp chí Nature. Nhóm nghiên cứu gồm bốn nhóm khác nhau từ khắp trường đại học. Nhóm của giáo sư David Leigh từ Khoa hóa học đã tạo ra loại vải dệt phân tử. Nhóm của Giáo sư Bob Young từ Khoa Vật liệu và Viện Henry Royce đã thực hiện các nghiên cứu bằng kính hiển vi lực nguyên tử để xác định cấu trúc và đặc tính vật liệu đó.

Tiến sĩ George Whitehead từ Khoa hóa học đã thực hiện các thí nghiệm phân tích hình thái tinh thể tia X để xác định vị trí chính xác của các nguyên tử trong các khối cấu tạo của vật liệu. Giáo sư Sarah Haigh từ Khoa vật liệu, đã sử dụng kính hiển vi điện tử để chụp ảnh vải dệt phân tử. Nghiên cứu sinh Paige Kent và Giáo sư Rob Dryfe đã sử dụng vật liệu này làm mạng lưới phân tử, giữ các phân tử lớn trong lưới dệt trong khi cho phép các phân tử nhỏ hơn đi qua một cách tự do.

Giáo sư Leigh, Giáo sư Hóa học của khoa Hóa Sir Samuel Hall cho biết: “Việc dệt các sợi phân tử theo cách này dẫn đến những đặc tính mới và cải tiến của vật liệu. Vải cứng gấp đôi so với các sợi chưa được dệt và khi bị kéo giãn đến điểm đứt, nó sẽ rách ra như một tấm vải chứ không phải là các chùm sợi tách ra. Vật liệu dệt cũng hoạt động giống như một tấm lưới, cho phép các phân tử nhỏ đi qua nó đồng thời giữ các phân tử lớn hơn trong tấm lưới nhỏ”.

Giáo sư Leigh cho biết thêm: “Đây là ví dụ đầu tiên về loại vải dệt phân tử nhiều lớp. Việc dệt các sợi phân tử tạo ra một phương pháp mới để thay đổi tính chất của nhựa và các vật liệu khác”.

Giáo sư Leigh cho biết: “Số lượng sợi và sợi giao nhau được đo bằng cách chiếu tia X vào các khối được dựng lên. Các sợi sẽ làm cong đường đi của tia X qua vật liệu bằng một lượng cụ thể, điều này cho phép các nhà nghiên cứu đo lường được có bao nhiêu sợi trên mỗi inch. Phép đo cho thấy vật liệu có số lượng sợi từ 40-60 triệu sợi mỗi inch. Trong khi so sánh với loại vải lanh tốt nhất của Ai Cập có số sợi khoảng 1500. Nhóm nghiên cứu cũng đo độ dày của vải dệt phân tử bằng cách sử dụng một công cụ đặc biệt gọi là kính hiển vi lực nguyên tử, có một đầu thăm dò sắc đến mức nó chỉ có một nguyên tử duy nhất ở điểm cuối. Mỗi lớp của vải dệt phân tử chỉ dày 4 nanomet; mỏng hơn 10.000 lần so với tóc người”.

//www.fibre2fashion.com/news/fabrics-news/manchester-team-makes-finest-fabric-272042-newsdetails.htm

Người dịch: Nguyễn Thị Hường