Siêu vật liệu là xu hướng đổi mới sáng tạo trong công nghệ

Graphene có cấu tạo giống tổ ong khi phóng lớn. Ảnh: ST

Vật liệu là các chất tự nhiên hoặc nhân tạo được sử dụng để tạo thành các đồ vật, sản phẩm và cấu trúc, chúng có thể là các hợp chất hữu cơ (như gỗ, giấy) hoặc vô cơ (như kim loại, gốm). Vật liệu thường được chế biến hoặc kết hợp với nhau để tạo ra các sản phẩm với độ bền, tính chất và mục đích sử dụng khác nhau. Còn SVL là một loại vật liệu đặc biệt được thiết kế hoàn toàn nhân tạo, chúng được tạo ra bằng cách bố trí các đơn vị cấu trúc sao cho chiết suất quang học có trị số theo ý muốn, kể cả trị số âm. SVL thường có tính chất đặc biệt, như siêu dẫn (ở nhiệt độ rất thấp) hoặc khả năng chống nước, chống cháy và kháng ăn mòn. SVL là những chất tổng hợp có những đặc tính thường không tìm thấy trong vật liệu tự nhiên, chúng được làm từ các hợp chất như kim loại, nhựa, chất hữu cơ, chất rắn hoặc chất lỏng; có kích thước từ milimet đến nanomet, được kết hợp để tạo nên các cấu trúc 3D mới, có khả năng phản ứng và điều khiển âm thanh điện tử cũng như các sóng khác. Tính linh hoạt và khả năng đáp ứng của SVL mở ra vô số ứng dụng tiềm năng và khiến chúng trở nên đặc biệt hữu ích.

SVL cho phép chúng ta vượt qua một số giới hạn cơ bản mà vật lý và hóa học đặt ra, đồng thời mở ra tiềm năng đổi mới đột phá trên nhiều lĩnh vực. Chúng mang lại những cải tiến căn bản trong các lĩnh vực bao gồm cảm biến, điện toán quang học, in thạch bản, sạc không dây, cách âm và cách nhiệt, ngụy trang, thiết kế quốc phòng, hàng không vũ trụ, viễn thông... SVL đã góp phần đổi mới CN đưa sức mạnh của kính viễn vọng không gian Hubble vào một chiếc máy ảnh nhỏ cỡ điện thoại thông minh; máy quét siêu âm tiêu diệt khối u mà không tác dụng phụ như dao Gamma; hoặc ăng-ten đủ nhạy để thu được các tần số phát sóng riêng.

SVL có thể tái tạo các đặc tính của vật liệu hiện có ở dạng mới, chẳng hạn như làm cho quy mô nhỏ hơn đáng kể hoặc có hiệu suất năng lượng tốt hơn, hoặc thậm chí chúng có thể vượt qua chính bản thân chúng bằng chức năng hoàn toàn mới. Các tác nhân kích thích làm thay đổi SVL có thể bao gồm các sóng địa chấn, chẳng hạn như SVL bao trùm một tòa nhà và uốn cong để bảo vệ nó trong các trận động đất. Các ứng dụng khác đang được phát triển bao gồm liên lạc lên vệ tinh mà không cần đĩa vệ tinh tĩnh; hệ thống rada đủ nhỏ để con người mang theo; tấm giảm âm mỏng như tờ giấy; ống kính tai nghe thực tế tăng cường (AR) liền mạch; các hợp chất nhẹ hơn không khí có thể chịu được trọng lượng gấp 100 ngàn lần trọng lượng của chính chúng.

Hiện nay đã có nhiều loại SVL được chế tạo và đạt được nhiệt độ tới hạn khoảng 160K như Oxit lantan-bari-đồng (LBCO): là một loại vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao được gia công thành màng mỏng hoặc dây dẫn, được sử dụng trong các thiết bị truyền cảm ứng và nguồn phát vi ba. Oxit bari-ytri-đồng (YBCO): là một loại vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao, được sử dụng trong các ứng dụng điện tử và công nghệ siêu dẫn. Oxit bitmut-chì-stronxin canxi (BSCCO): là một loại vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao khác, có tính chất đặc biệt và được nghiên cứu để áp dụng trong các lĩnh vực khác nhau.

SVL có nhiều ứng dụng thú vị trong khoa học và công nghệ như chuyển tải điện năng: SVL giúp truyền tải điện năng đến các vị trí cần sử dụng một cách hiệu quả. Đoàn tàu hoạt động êm ái: Trên nền đệm từ, đoàn tàu điện sử dụng SVL để giảm ma sát và tạo sự êm ái khi hoạt động. Máy gia tốc mạnh: SVL được sử dụng để tạo ra máy gia tốc mạnh trong nghiên cứu và ứng dụng khám phá vật lý hạt nhân. Máy đo điện trường chuẩn xác: SVL giúp tạo ra các thiết bị đo điện trường với độ chính xác cao. Dụng cụ ngắt mạch điện từ: Trong máy tính điện tử siêu tốc, SVL được sử dụng để tạo các dụng cụ ngắt mạch điện từ. Máy quét MRI trong y học: SVL cũng được áp dụng trong máy quét MRI để tạo hình ảnh chất lượng cao trong chẩn đoán y học.

 Minh Kha