Lấy cảm hứng từ cấu trúc độc đáo của gai nhím biển, các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Konstanz đã đưa ra một phương thức mới để sản xuất xi măng có khả năng chống nứt tốt hơn.
 |
Vỏ nhím biển được làm từ canxit, vật liệu tương đối giòn. Nhưng các bướu nhỏ hoặc gai nhọn, trang trí cho vỏ có tính chất đáng ngạc nhiên. Cấu trúc theo kiểu tường gạch mang lại cho vỏ độ cứng. Nhóm nghiên cứu đã tìm ra cách mô phỏng cấu trúc này ở cấp độ nano để các phân tử vĩ mô hoạt đông trong xi măng giống như vữa, giữ cho các khối tinh thể được sắp xếp đúng vị trí.
Helmut Cölfen, Giáo sư khoa hóa học vật lý tại trường Đại học Konstanz cho rằng: "Xi măng mới có khả năng chống nứt cao hơn nhiều so với bất cứ loại xi măng nào đã được sản xuất cho đến nay, cung cấp cho chúng tôi loại vật liệu xây dựng hoàn toàn mới".
Sự lắp ghép kiểu tường gạch ở cấp độ nano tương tự như điểm quy chiếu vĩ mô - vật liệu cứng xếp chồng lên trên vật liệu mềm, được sắp xếp để tạo thành cấu trúc phân lớp hoặc hoa văn. Các khối tinh thể trong vỏ canxit của nhím biển không nứt vì chúng chuyển đổi năng lượng ngoại lực vào lớp vật liệu mềm, không theo trật tự ở xung quanh, đóng vai trò là vữa. Đối với nhím biển, vữa là canxi cacbonat.
Xi măng chủ yếu có cấu trúc vô định hình, mà không có cấu trúc hoa văn, loại cấu trúc mang lại cho vỏ của nhím biển và trai độ bền chắc đáng kinh ngạc. Để tăng khả năng chống nứt, nhóm nghiên cứu đã mã hóa trật tự cấu trúc lớn hơn ở cấp độ nano. Để làm được điều này, đầu tiên, các nhà khoa học đã xác định được vật liệu liên kết mạnh với các hạt xi măng. Nhóm nghiên cứu đã kết hợp 10 peptit tích điện âm và sử dụng các peptit như vữa để tạo nên các hạt nano xi măng.
Sử dụng kính hiển vi điện tử, các nhà khoa học đã loại bỏ được vi cấu trúc hình thanh của xi măng mới. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng bộ vi điều khiển để uốn cong cấu trúc vi mô và đo độ đàn hồi của nó. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Science Advances - cho thấy xi măng có khả năng chống nứt tốt hơn. Cấu trúc vi mô tạo ra giá trị 200 megapascal. Khả năng phục hồi của vỏ ốc là 210 megapascal.
Các nhà khoa học hiện đang nghiên cứu để mở rộng quy trình tổng hợp xi măng có cấu trúc nano.