Một nhóm kỹ sư từ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã phát triển một loại siêu vật liệu cơ học mới, tức là một vật liệu tổng hợp nhân tạo có cấu trúc vi mô mang lại cho nó những tính chất ban đầu, khắc phục được sự thỏa hiệp thường áp dụng giữa độ cứng, độ dẻo và độ giãn dài. Nó có thể được sử dụng trong ngành công nghiệp bán dẫn và điện tử, ví dụ như để thiết kế các bộ xử lý có khả năng chống chịu, linh hoạt và co giãn đồng thời, có thể áp dụng trên quần áo hoặc phụ kiện di động.
Các tính chất đáng chú ý của vật liệu này xuất phát từ sự tương tác giữa các thành phần cứng của nó và kiểu dệt xoắn ốc hỗn loạn hơn khi vật liệu bị kéo dài. Nếu mạng lưới cứng bị nứt hoặc vỡ, các bộ phận bị hỏng sẽ bị vướng vào mạng lưới dệt, dẫn đến tăng ma sát và tăng tiêu tán năng lượng. Sự cải thiện trong khả năng tiêu tán năng lượng này cho phép vật liệu kéo dài đáng kể trước khi đạt đến điểm đứt: dài gấp ba lần chiều dài của chính nó hoặc dài hơn gấp mười lần so với vật liệu chỉ có cấu trúc mạng tinh thể. Ngược lại với trực giác, việc đưa vào các khiếm khuyết về cấu trúc thậm chí có thể cải thiện các đặc tính của siêu vật liệu này; khả năng phân tán ứng suất bổ sung và sự dịch chuyển vị trí hỏng hóc khiến nó thậm chí còn co giãn hơn.
Các ứng dụng tiềm năng cho siêu vật liệu mới này trải dài từ vải chống ứng suất, vết rách đến các giá đỡ mà trên đó các tế bào có thể được nuôi cấy để sửa chữa mô. Nhưng lĩnh vực bán dẫn sẽ là lĩnh vực được hưởng lợi nhiều nhất từ công nghệ này: khi áp dụng vào chip, linh kiện điện tử và mạch in, công nghệ này sẽ giúp lắp ráp điện tử bền chắc hơn nhiều trước biến dạng vật lý hoặc biến dạng nhiệt. Thật là một giấc mơ về mạch in có thể uốn cong, kéo giãn và hầu như không thể phá vỡ… trong vài năm nữa, sẽ đến lúc công nghệ này rời khỏi phòng thí nghiệm.
Nguồn: Nature
Hướng tới các mạch in có thể gập lại và không thể phá vỡ
Tưởng tượng giống như một “mớ mì spaghetti rối tung quanh giàn” (sic), siêu vật liệu này tích hợp một cấu trúc độc đáo “mạng lưới kép”, trộn polyme mềm – dệt hoặc xoắn ốc – với một cấu trúc cứng để đạt được độ rắn chắc và khả năng kéo dài cao. Cả hai cấu trúc đều có thể được sản xuất từ cùng một vật liệu cơ bản (một loại nhựa như plexiglass, một loại kim loại hoặc thậm chí là silicon ở phần đế của bộ vi xử lý hiện đại của chúng ta) và được in đồng thời bằng kỹ thuật in thạch bản laser có độ chính xác cao.
Các tính chất đáng chú ý của vật liệu này xuất phát từ sự tương tác giữa các thành phần cứng của nó và kiểu dệt xoắn ốc hỗn loạn hơn khi vật liệu bị kéo dài. Nếu mạng lưới cứng bị nứt hoặc vỡ, các bộ phận bị hỏng sẽ bị vướng vào mạng lưới dệt, dẫn đến tăng ma sát và tăng tiêu tán năng lượng. Sự cải thiện trong khả năng tiêu tán năng lượng này cho phép vật liệu kéo dài đáng kể trước khi đạt đến điểm đứt: dài gấp ba lần chiều dài của chính nó hoặc dài hơn gấp mười lần so với vật liệu chỉ có cấu trúc mạng tinh thể. Ngược lại với trực giác, việc đưa vào các khiếm khuyết về cấu trúc thậm chí có thể cải thiện các đặc tính của siêu vật liệu này; khả năng phân tán ứng suất bổ sung và sự dịch chuyển vị trí hỏng hóc khiến nó thậm chí còn co giãn hơn.
Các ứng dụng tiềm năng cho siêu vật liệu mới này trải dài từ vải chống ứng suất, vết rách đến các giá đỡ mà trên đó các tế bào có thể được nuôi cấy để sửa chữa mô. Nhưng lĩnh vực bán dẫn sẽ là lĩnh vực được hưởng lợi nhiều nhất từ công nghệ này: khi áp dụng vào chip, linh kiện điện tử và mạch in, công nghệ này sẽ giúp lắp ráp điện tử bền chắc hơn nhiều trước biến dạng vật lý hoặc biến dạng nhiệt. Thật là một giấc mơ về mạch in có thể uốn cong, kéo giãn và hầu như không thể phá vỡ… trong vài năm nữa, sẽ đến lúc công nghệ này rời khỏi phòng thí nghiệm.
Nguồn: Nature
