Mọi người đều đã trải qua những khoảnh khắc như vậy, khi ly thủy tinh trượt khỏi tay và rơi xuống đất, vỡ thành từng mảnh. Theo báo chí ngoại quốc, các nhà nghiên cứu tại Đại học Tohoku ở Nhật Bản đã đưa ra những hiểu biết mới về cách mà thủy tinh có thể chống lại sự vỡ. Bước đột phá này có thể giúp phát triển các vật liệu có độ bền cao và khả năng chống vỡ, có ảnh hưởng sâu rộng đến ngành công nghiệp thủy tinh.
(Nguồn hình ảnh: Đại học Tohoku)
Phó giáo sư Makina Saito tại Trường Khoa học của Đại học Tohoku cho biết: “Mặc dù thủy tinh rất chắc chắn, nhưng nó rất dễ vỡ khi chịu áp lực vượt quá khả năng chịu đựng của nó. Điều thú vị là chuyển động của các nguyên tử và phân tử bên trong thủy tinh có thể giúp giảm bớt sức ép nội bộ, làm cho vật liệu bền hơn. Chúng tôi biết một số nguyên tử sẽ ‘nhảy’ vào những khoảng trống gần đó, nhưng cách mà quá trình này làm giảm áp lực vẫn là một bí ẩn.”
Saito và các cộng sự đã phát hiện một cơ chế giảm áp lực trong hệ thống thủy tinh ion (một loại mô hình thủy tinh) trước đây chưa được biết đến. Các nhà nghiên cứu khác đến từ Đại học Kyoto, Đại học Shimane, Viện Khoa học Vật liệu Quốc gia Nhật Bản và Viện Nghiên cứu Bức xạ đồng bộ Nhật Bản.
Nghiên cứu này đã sử dụng các thí nghiệm bức xạ đồng bộ tiên tiến và mô phỏng máy tính, quan sát chuyển động của nguyên tử trong thủy tinh trên quy mô thời gian từ nanosecond đến microsecond.
Nhóm nghiên cứu phát hiện rằng, khi một số nguyên tử trong thủy tinh “nhảy” vào khoảng trống gần đó, những nhóm nguyên tử xung quanh sẽ di chuyển chậm rãi cùng nhau để lấp đầy khoảng trống. Tương tác giữa các cú nhảy của nguyên tử và chuyển động tập thể này có thể giảm áp lực nội bộ, do đó bảo vệ thủy tinh khỏi bị nứt khi có tác động từ bên ngoài.
Saito cho biết: “Kết quả nghiên cứu này có ảnh hưởng sâu rộng đến các ngành công nghiệp như điện tử tiêu dùng, xây dựng và sản xuất ô tô, vì những ngành này rất cần thủy tinh chống vỡ.”
Nhìn về tương lai, nhóm nghiên cứu dự định khám phá xem liệu cơ chế nguyên tử tương tự có thể hoạt động trong các loại thủy tinh khác hay không. Mục tiêu cuối cùng là thiết kế các loại thủy tinh có khả năng chống va đập xuất sắc bằng cách phát triển các nguyên tắc chung, điều này có thể thay đổi hoàn toàn những ứng dụng cần vật liệu bền.