Khi các mẫu củagốm silicon carbide xốpLần đầu tiên được quan sát trong phòng thí nghiệm, cấu trúc dạng tổ ong khi nhìn dưới kính hiển vi điện tử trông giống hệt một tổ ong được phóng đại lên một triệu lần. Vật liệu đặc biệt này với độ xốp từ 15-60% đang dần được ứng dụng từ buồng đốt của động cơ hàng không vũ trụ vào cuộc sống thường nhật của chúng ta.
Trong tuabin khí ở nhiệt độ 1600℃, các vật liệu thông thường đã nhanh chóng biến thành sắt nóng chảy, nhưng silicon carbide xốp lại duy trì được độ ổn định đáng kinh ngạc. Năm ngoái, khi đến thăm Viện Gốm sứ Thượng Hải thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, một nhà nghiên cứu đã trình bày một thí nghiệm thú vị: đặt một tấm silicon carbide xốp vào ngọn lửa oxy-axetylen (khoảng 3000℃), nhiệt kế ở mặt sau cho thấy nhiệt độ chỉ tăng thêm 72℃. Khả năng chịu nhiệt này, bắt nguồn từ cấu trúc tinh thể β-SiC, biến nó thành một “lớp giáp vô hình” cho hệ thống bảo vệ nhiệt của tàu vũ trụ. Thậm chí tốt hơn, những lỗ xốp kích thước micromet này giống như vô số ống khói nhỏ, làm giảm hiệu suất dẫn nhiệt từ 40-60% so với gốm đặc.
Có lẽ ngay cả các nhà khoa học vật liệu cũng không ngờ rằng loại gốm này, ban đầu được phát triển cho các môi trường khắc nghiệt, lại có thể hồi sinh mạnh mẽ trong lĩnh vực y tế. Nghiên cứu lâm sàng được công bố trên Tạp chí Vật liệu sinh học năm 2024 cho thấy rằng khung silicon carbide với cấu trúc kích thước lỗ xốp thay đổi theo gradient (5μm ở bề mặt và 200μm ở đáy) có tỷ lệ tích hợp xương cao hơn 2,3 lần so với cấy ghép hợp kim titan truyền thống.
Quá trình điều chế silicon carbide xốp tự nó đã là một phép màu hóa học. Bằng phương pháp sử dụng chất tạo lỗ xốp (thường là các vi cầu polymethyl methacrylate) hoặc phương pháp thiêu kết phản ứng, các kỹ sư vật liệu có thể kiểm soát chính xác đặc tính của lỗ xốp giống như những người làm nước hoa. Điều thú vị là, bằng sáng chế mới nhất của công ty 3M tại Hoa Kỳ cho thấy rằng việc sử dụng diatomit tái chế làm khuôn mẫu tự nhiên không chỉ giảm chi phí sản xuất đến 18%, mà còn bất ngờ tạo ra cấu trúc sinh học tương tự như xương san hô. Kỹ thuật “biến chất thải thành kho báu” này hoàn toàn phù hợp với triết lý Đạo giáo về “sự hữu ích của những thứ vô dụng”.
Ứng dụng
- Trong lĩnh vực bảo vệ môi trường:Là vật liệu lõi của bộ lọc hạt bụi (DPF) cho xe chạy bằng dầu diesel, nó có thể giữ lại 99,7% PM2.5.
- Cuộc cách mạng năng lượng:Vật liệu hỗ trợ điện cực cho pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC) giúp tăng hiệu suất phát điện lên 65%.
- Y sinh học:Cấu trúc lỗ rỗng của khung xương in 3D thúc đẩy sự phát triển của tế bào và rút ngắn chu kỳ lành thương lâm sàng đến 30%.
- Sản xuất chất bán dẫn:Tuổi thọ của các tấm đệm đánh bóng wafer đã được kéo dài gấp ba lần, và quy trình 3nm của TSMC đã được mua với số lượng lớn.
Thời gian đăng bài: 30/07/2025