Thử nghiệm tính chất tự lành của sản phẩm sau khi bị biến dạng. Ảnh:NNC

Vật liệu “tự lành” là một khái niệm tương đối mới và phát triển rất nhanh chóng trong khoa học vật liệu hơn thập kỷ gần đây. Các nhà khoa học đã và đang nghiên cứu áp dụng các phương pháp khác nhau để tạo ra vật liệu, khi bị hư hỏng có thể tự phục hồi các tính chất như độ bền gãy đứt, tính chống ăn mòn, hoặc tính dẫn điện. Quá trình phục hồi (quá trình lành) của vật liệu có thể diễn ra ở điều kiện phòng, hoặc dưới tác động bởi một tác nhân như nhiệt, ánh sáng, hơi ẩm, thay đổi pH...

Nhiều vật liệu polymer tự lành đã và đang được phát triển ứng dụng làm vật liệu composite tự lành, màng phủ chống ăn mòn cho bề mặt kim loại, màng phủ “tự lành” trầy xước cho các sản phẩm composite, nhựa và vải. Vật liệu polymer tự lành có thể được ứng dụng trong lĩnh vực y sinh, chẳng hạn như làm vật liệu bộ phận cấy ghép, da nhân tạo hay keo dán vết thương, hoặc làm màng sơn tự lành vết xước cho xe hơi và điện thoại thông minh, làm màn hình điện thoại thông minh.

Vật liệu có thể “tự lành” khi xuất hiện vết rạn nhỏ, giúp cho sản phẩm có tuổi thọ sử dụng cao, nhờ đó giảm thiểu chi phí sửa chữa, đồng thời giúp giảm thiểu năng lượng, tài nguyên và chất thải.

Trong nghiên cứu “Tổng hợp vật liệu tự lành trên cơ sở kết hợp cấu trúc mạng đan xen của polyurethane nhớ hình với liên kết Diels-Alder và mạch linh động”, PGS. TS. Nguyễn Thị Lệ Thu và cộng sự ở Trường Đại học Bách khoa TPHCM, đã tổng hợp vật liệu tự lành trên cơ sở kết hợp cấu trúc mạng đan xen của polyurethane – PU ( một một loại polymer, được dùng phổ biến, rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp), kết hợp với liên kết Diels-Alder một (phản ứng trong hóa học hữu cơ) và các phân đoạn, mạch bên linh động.

Hình ảnh qua kính hiển vi của vết cắt và sau khi chữa lành của sản phẩm. Ảnh: NNC

Với nguyên liệu chính là polyester/polyether – PDMS, cùng một số hóa chất khác, nhóm đã tổng hợp được 2 hệ polymer mới. Hệ Polymer 1 (PU-PDMS-DA) đạt được các yêu cầu về tính chất như: độ bền kéo > 20 MPa, độ đàn hồi 150 Mpa. Hệ Polymer 2 (cấu trúc mạng đan xen) đạt được các tính chất: độ bền kéo > 28 MPa, độ đàn hồi > 140 Mpa.

Thử nghiệm hiệu quả tự lành của 2 mẫu trên, bằng cách tạo các vết rạch trên bề mặt, sau đó gia nhiệt ở 70^oC trong vòng 24h, rồi ngâm trong dung môi chloroform. Kết quả, khả năng phục hồi vết rạch ở Polymer 1 khoảng trên 80%, Polymer 2 trên 90% (xét về độ rộng vết rạch).

Nhóm cũng đã xây dựng 2 quy trình chế tạo vật liệu polymer: tự lành PU-PDMS-DA và cấu trúc đan xen của PU. Với hệ vật liệu 1, quy trình tổng hợp đơn giản, có thể phát triển quy trình sản xuất quy mô lớn, nhắm tới các sản phẩm tự lành giá thành tương đối thấp hơn.

Hệ vật liệu 2 hướng tới các sản phẩm có tính chất tự lành hiệu quả cao với quy trình sản xuất phức tạp hơn. Hệ vật liệu tự lành này có tiềm năng ứng dụng làm màng phủ tự lành.

Đề tài nghiên cứu của nhóm tác giả đã được Sở KH&CN TPHCM nghiệm thu, kết quả đạt.