Công nghệ chống dính và những ứng dụng không tưởng trong cuộc sống

 Vai trò của ma sát là điều ai cũng thấy rõ trong các bài học vật lý phổ thông. Tuy nhiên ít ai để ý rằng những vật liệu "không ma sát" cũng có những ứng dụng đáng kinh ngạc trong cuộc sống hàng ngày.

Không phải ngẫu nhiên mà trong từ điển tiếng Anh có khái niệm "tribologist" để chỉ những chuyên gia nghiên cứu về ma sát. Thực tế đã có rất nhiều kết quả nghiên cứu thành công về các "bề mặt vật liệu chống ma sát". Chẳng hạn như kết quả của nhóm nghiên cứu đến từ đại học Havard với ý tưởng từ lá cây nắp ấm. Lá cây nắp ấm thường bẫy con mồi bằng chất lỏng hấp dẫn trên bề mặt nó. Khi côn trùng đậu vào, nó sẽ bị trượt chân xuống và bị tiêu hóa bởi cây nắp ấm.

Mô phỏng lại ý tưởng như vậy, nhóm nghiên cứu Havard đã tạo ra 1 bề mặt nano giữ nước, cộng với bề mặt Teflon được bao phủ bởi sợi nano, được nhúng trong chất lỏng giàu Flo. Bề mặt này gần như là "không dính" hoàn toàn.

1. Màng chống vi khuẩn

Khi một nhóm vi khuẩn bám vào chất nền (tên gọi chung cho đối tượng bị vi khuẩn bám vào, ví dụ như các vật dụng thí nghiệm, thành mạch bên trong cơ thể), chúng sẽ tạo ra màng sinh học (biofilm) màng này bảo vệ vi khuẩn, bao gồm khỏi kháng sinh và tạo điều kiện cho chúng sinh sôi nảy nở. Đây là nguyên nhân gây ra 65 % các ca nhiễm khuẩn – theo công bố của viện nghiên cứu chăm sóc sức khỏe quốc gia. Do đó, để tránh nhiễm khuẩn, cách tốt nhất là không cho vi khuẩn bám vào bề mặt chất nền.

Việc này đã được thực hiện bởi các giáo sư đến từ đại học Nottingham – vương quốc Anh. Theo kết quả nghiên cứu, chỉ cần bao phủ các vật dụng bằng nhựa aclyrate (tương tự như nhựa công nghiệp), lượng vi khuẩn bám vào chất nền đã giảm đến 97%.

2. Chai lọ không dính

Có một sự thật dẫn đến việc lãng phí tiền của trong ngành công nghiệp thực phẩm là các loại tương ớt, mayonnaise, barbecue, sốt cà chua luôn bị còn sót lại trong các lọ đựng. Trung bình 1 năm có đến gần nửa tấn các loại gia vị còn sót lại trong lọ đựng bị lãng phí – theo nghiên cứu của các kỹ sư cơ khí và vật liệu nano đến từ trường đại học MIT. Nếu có một loại vật liệu mới thay thế được cho các dụng cụ chứa nước chấm đang được sử dụng, 25000 tấn sản phẩm xuất phát từ dầu mỏ sẽ được tiết kiệm hàng năm, cùng với một lượng ngân sách tích lũy tương đối.

Thực tế, ý tưởng làm cho bề mặt thành bên trong của lọ đựng nước chấm trở nên gần như "không có ma sát" cũng đã khả thi với vật liệu mang tên LiquiGlide. Đây là sản phẩm của các chuyên gia đến từ đại học Cambridge. Vật liệu hoàn toàn vô hại với cơ thể con người. Vật liệu này còn được gọi là "chất lỏng cấu trúc" do vừa cứng như chất rắn, lại vừa trơn trượt như chất lỏng.

3. Tàu ngầm

Ma sát trượt giữa vỏ tàu ngầm và nước biển làm cho việc vận hành trở nên cồng kềnh và tốn kém. Do đó việc thiết kế vỏ tàu ngầm sao cho giảm thiểu lực ma sát với nước là việc cấp thiết. Để đạt được mục tiêu này một cách hoàn hảo, các nhà thiết kế tàu ngầm một lần nữa lại phải "cầu cứu" đến vật liệu nano huyền thoại. Theo phương án này, vỏ tàu ngầm sẽ được phủ 1 lớp Teflon mỏng. Lớp Teflon này sẽ bắt giữ khí lấp đầy vào các khe hở của Teflon, làm cho vỏ tàu ngầm trơn hơn … 99%. Nhờ đó mà các binh sĩ tiết kiệm được kha khá nhiên liệu, đồng thời cải thiện đáng kể công suất của động cơ.

4. Hệ thống phá băng máy bay

Ở những đường bay lạnh giá, các chuyến bay sẽ bị giảm 25% khả năng cất cánh chỉ với 1 lớp băng tuyết mỏng phủ lên cánh máy bay. Do đó nhân viên hàng không phải can thiệp bằng hệ thống phá băng trước khi máy bay cất cánh.

Phương pháp truyền thống để phá băng ở cánh máy bay khá cầu kì và phức tạp: Đầu tiên nhân viên hàng không sẽ xịt hợp chất glycol và nước ở nhiệt độ cao vào cánh máy bay. Hợp chất này sẽ nung chảy băng, đồng thời phần nào ngăn cản sự hình thành băng mới ở bước 2. Sau đó cánh máy bay được thêm 1 chất khác có khả năng bám dính lâu hơn để ngăn băng mới hình thành khi cất cánh. Sau cùng các chất này cũng sẽ mất dần tác dụng và phi công phải dùng sức nóng của động cơ để làm tan băng ở cánh máy bay.

Nếu cánh máy bay không có ma sát, điều này đồng nghĩa với việc không có hoặc rất ít tuyết bám lên cánh máy bay và mọi chuyện trở nên đơn giản hơn rất nhiều. Trên thực tế, những vật liệu cho cánh máy bay kiểu này đã tồn tại. Nhóm nghiên cứu GE Global Research đã phát triển một loại chất sử dụng công nghệ nano phủ lên bề mặt cánh máy bay. 1 vật liệu khác có thành phần là polymer kết hợp với chất nền siêu dẻo được phát triển bởi các kỹ thuật viên ở đại học North Carolina.

5. Tường không bám mực

Không thể phủ nhận sự cá tính của nghệ thuật vẽ tranh đường phố. Tuy nhiên cái gì quá thì cũng không tốt. Năm 2012, chính quyền thành phố Chicago phải chi 4.1 triệu đô la để thay đổi "diện mạo" của thành phố khi nghệ thuật vẽ tranh đường phố bị lạm dụng ở nhiều nơi. Trước đó 1 năm, thành phố Chicago cũng phải "ngậm bồ hòn làm ngọt" khi phải mất công tẩy xóa … 137459 bức tranh đường phố. Tình trạng ở thành phố Los Angeles thậm chí còn tệ hơn rất nhiều.

Việc xóa tranh đường phố cũng gặp phải không ít khó khăn. Các loại hóa chất tẩy rửa dễ gây cay mắt, thậm chí làm bẩn hơn cả những bức tường nguệch ngoạc lúc đầu. Cách tốt nhất để khắc phục hiện trạng tranh đường phố xuất hiện tràn lan, cộng với việc tẩy rửa là sử dụng "tường không bám mực ngay từ đầu".

"tường không bám mực" được lấy ý tưởng từ lá hoa sen. Lá hoa sen có những mảng gai li ti được bao bọc bởi 1 lớp sáp trên bề mặt. Theo đó, hơi nước trên bề mặt không bám vào lá mà ngưng tụ thành giọt rồi rơi xuống. "Tường không bám mực" cũng có thành phần là vật liệu nano, với cấu tạo và nguyên lý hoạt động tương tự.

6. Xe tự rửa

Có lẽ một trong số những thú vui của những người sở hữu ô tô là được chăm sóc chiếc xe của mình? Tuy nhiên nếu có một chiếc xe "tự rửa", liệu họ có cảm thấy hài lòng hơn không? Thêm vào đó, rủa xe cũng gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường.

Thật ra đã tồn tại một loại vật liệu làm "xe tự rửa". Tuy nhiên, vật liệu này đã chống nước và chứa những giọt sơn nhỏ bên trong nó. Khi bị xây xước, những hạt sơn nhỏ bên trong vật liệu này tự "chữa lành" vết xước cho xe ô tô. Nhược điểm của vật liệu này là thời gian sử dụng quá ngắn. Để xử lý vấn đề này, nhóm nghiên cứu đến từ trường đại học công nghệ Eindhoven Hà Lan đã thiết kế lại kiến trúc nano của vật liệu này để tăng thời gian sử dụng. Không chỉ vây, sau khi được thiết kế lại, vật liệu này cũng giúp cho xe ô tô có khả năng phục hồi như thằn lằn khi xe bị trầy xước.

7. Đường ống nước

Nếu không phải vì lý do đặc biệt, chắc chắn đa số chúng ta sẽ phát ngán với việc gọi thợ sửa ống nước. Do đó nhu cầu về hệ thống đường ống ít hoặc gần như không bao giờ tắc nghẽn là rất cấp thiết. Đây là lý do vì sao khi hệ thống đường ống chống tắc nghẽn ra đời, rất nhiều các doanh nghiệp đã đầu tư vào công nghệ này. Gần như chắc chắn trong tương lai, hệ thống ống nước tự động chống tắc nghẽn sẽ trở nên phổ biến. Bằng việc phủ lên lớp bên trong của ống nước một lớp vật liệu na nô Teflon, những mảnh vụn và chất bẩn gần như không thể bám vào thành ống gây ra tắc cống. Vật liệu này còn được sử dụng cho chảo, nồi chống dính.

8. Thân tàu

Đối với những thủy thủ, việc những loài động vật phù du như sam bám vào động cơ quả thật là ác mộng. theo thống kê của học viện Hải Quân Mỹ, việc động vật phù du bám vào làm ảnh hưởng đến hoạt động của động cơ thuyền bè làm nước Mỹ trung bình hao tổn 56 triệu Đô la 1 năm để loại bỏ các loài động vật phù du này khỏi động cơ. Đấy mới chỉ là thống kê thiệt hại của 1 loại chiến hạm Arleigh Burke của hải quân Mỹ.

Phần lớn chi phí dùng để dọn dẹp và phòng chống các loại động vật phù du làm tổ tại động cơ chiến hạm. Đầu tiên, chiến hạm được nhấc lên cảng. Sau khi phơi khô, công nhân sẽ nạo thủ công những con sam này khỏi động cơ và cánh quạt. Tiếp theo, các công nhân sẽ phun 1 lớp sơn có độc tính với ấu trùng sam để tránh cho chúng làm tổ ở động cơ. Tuy nhiên lớp sơn này sẽ mòn dần theo thời gian và tàu cũng phải thường xuyên được tẩy rửa.

Khi thay đổi kết cấu bề mặt của thuyền bè, lượng sam kí sinh vào động cơ tàu giảm đến 92%, đồng nghĩa với việc động cơ tàu cũng ít cần phải bảo dưỡng hơn.

9. Kẹo cao su không dính

Tưởng chừng như không có vấn đề gì, nhưng việc dọn bã kẹo cao su thông thường nhiều khi dễ khiến chúng ta "bốc hỏa" bởi tính bết dính của nó lên các đồ vật khác. Sự việc thậm chí còn tồi tệ hơn với thành phố Ocean, khi mà 2 nhân viên luôn phải dành … 3 tuần trong cả mùa thu để dọn bã kẹo cao su. Vào năm 1939, chính quyền trung ương đã từng phát động 1 chiến dịch chỉ để gỡ … 20000 bã kẹo cao su khỏi các loại đồ vật.

Rev7 – sản phẩm của Revolymer (Một công ty sản xuất polymer ở Anh) là kẹo cao su có thể dễ dàng tháo gỡ khỏi các bề mặt bị bám dính, thậm chí là vải bông. Rev7 rất mềm dẻo khi nhai nhưng khi không còn ở miệng trong người, Rev7 vẫn giữ nước. Việc dọn dẹp bã kẹo cao su Rev7 trở nên dễ dàng là nhờ như vậy.

10. Đồ bơi da cá mập

Với những vận động viên chuyên nghiệp, chất lượng đồ bơi ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ bơi. Cụ thể là đồ bơi phải tăng được khả năng nổi cho cơ thể, đồng thời giảm thiểu ma sát với nước. LZR Racer của Speedo là một ví dụ cho kiểu đồ bơi sang chảnh này. Vải của đồ bơi này được làm bằng vật liệu chống nước, nhờ đó giảm ma sát đáng kể khi vận động viên bơi dưới bể. Hiện Speedo vẫn đang tiến hành nghiên cứu ra loại đồ bơi giúp cải thiện tốc độ của các vận động viên hơn nữa, thậm chí là cho người bình thường được trải nghiệm cảm giác làm … Michael Phelps thực thụ.