Màu xanh rực rỡ nổi bật của đôi cánh chim xanh phía đông là do một mạng lưới các kênh trong lông của nó với đường kính chỉ vài trăm nanomet. Nhìn thấy tiềm năng của cấu trúc mạng này như một vật liệu có thể sử dụng được đã truyền cảm hứng cho một nhóm các nhà nghiên cứu từ ETH Zürich cố gắng tái tạo nó trong phòng thí nghiệm.

Sử dụng cao su silicone trong suốt làm nguyên liệu ban đầu, các nhà nghiên cứu đặt nó vào dung dịch dầu và để nó phồng lên trong vài ngày trong lò nướng được làm nóng đến 140 ° F (60 ° C). Sau đó nó được làm lạnh để giảm độ hòa tan của chất lỏng và cao su được chiết xuất từ dung dịch dầu.

Quá trình tách pha được sử dụng để tạo ra vật liệu tổng hợp mới

Phân tích vật liệu dưới kính hiển vi để xem cấu trúc nano của nó đã thay đổi như thế nào trong quá trình thực hiện, các nhà nghiên cứu đã xác định được cấu trúc mạng tương tự như cấu trúc trong lông chim xanh. Sự khác biệt thực sự duy nhất là độ dày của các kênh được hình thành; Trong lông vũ, chúng có kích thước khoảng 200 nanomet, và trong vật liệu tổng hợp, chúng là 800.

Chìa khóa để hình thành cấu trúc mạng mới trong vật liệu là tách pha. Bạn có thể đã gặp phải hiện tượng này trong nhà bếp khi cố gắng trộn dầu và giấm để tạo ra một món salad trộn. Các chất lỏng trộn lẫn khi lắc nhưng tách ra khi lắc dừng lại. Tuy nhiên, một phương pháp thay thế có thể được sử dụng để trộn dầu và giấm: làm nóng và sau đó làm mát. Đó là nguyên tắc mà các nhà nghiên cứu áp dụng ở đây và làm gián đoạn quá trình là điều tạo ra các kênh cần thiết.

"Chúng tôi có thể kiểm soát và lựa chọn các điều kiện theo cách mà các kênh được hình thành trong quá trình tách pha", Carla Fernández-Rico, tác giả chính của nghiên cứu cho biết. "Chúng tôi đã thành công trong việc tạm dừng thủ tục trước khi hai giai đoạn hợp nhất với nhau hoàn toàn một lần nữa."

Phương pháp được sử dụng bởi các nhà nghiên cứu đã tạo ra vật liệu tổng hợp có kích thước vài cm và có thể mở rộng.

"Về nguyên tắc, bạn có thể sử dụng một miếng nhựa cao su có kích thước bất kỳ", Fernández-Rico nói. "Tuy nhiên, sau đó bạn cũng cần các thùng chứa và lò nướng lớn tương ứng."

Các nhà nghiên cứu cho biết vật liệu mới của họ đã thu hút sự quan tâm từ cộng đồng vật lý.

"Chúng tôi có một hệ thống đơn giản chỉ gồm hai thành phần, nhưng cấu trúc cuối cùng thu được rất phức tạp và được kiểm soát bởi các đặc tính của các thành phần", Fernández-Rico nói. "Chúng tôi đã được tiếp cận bởi một số nhóm lý thuyết đang đề xuất sử dụng các mô hình vật lý để hiểu các nguyên tắc vật lý chính của quá trình mới này và dự đoán kết quả của nó."

Thực tế mà nói, họ nói rằng vật liệu này có khả năng có thể được sử dụng trong pin và bộ lọc nước. Đối với bộ lọc nước, tỷ lệ bề mặt so với thể tích là rất lớn khi sử dụng các cấu trúc giống như kênh, giúp loại bỏ các chất gây ô nhiễm hiệu quả hơn. Nếu diện tích bề mặt không đủ, chất rắn sẽ tác động đến môi trường ở tốc độ cao, gây ra sự xuống cấp sớm của màng bề mặt của bộ lọc hoặc môi trường nền bên dưới. Diện tích lọc không đủ cũng sẽ làm tăng áp suất giảm qua hệ thống và dẫn đến tiêu thụ năng lượng cao hơn.

Chim xanh phía đông và cấu trúc vi mô của lông của nó (trái), so với vật liệu tổng hợp và cấu trức tương tự của nó (phải)

Chất điện phân của pin là một dung dịch dạng lỏng hoặc giống như bột nhão bên trong pin và vận chuyển các ion tích điện dương giữa các cực âm và cực dương. Một trong những lý do khiến pin mất khả năng sạc theo thời gian - hoặc hỏng - là do các ion phản ứng với chất điện phân, khiến các điện cực thiết lập tiếp xúc vật lý và làm hỏng pin. Một chất điện phân rắn được làm từ vật liệu được phát triển ở đây sẽ tránh tiếp xúc vật lý giữa các điện cực trong khi vẫn duy trì sự vận chuyển ion tốt qua pin.

"Tuy nhiên, sản phẩm vẫn còn một chặng đường dài để sẵn sàng cho thị trường", Fernández-Rico nói. "Trong khi vật liệu cao su rẻ và dễ kiếm, giai đoạn dầu khá đắt. Một cặp vật liệu rẻ hơn sẽ được yêu cầu ở đây."

Các nhà nghiên cứu có kế hoạch cải thiện vật liệu, tập trung vào tính bền vững.

"Nhiều polyme tự nhiên, chẳng hạn như cellulose hoặc chitin, có cấu trúc tương tự như cao su được sử dụng trong công việc của chúng tôi", Fernández-Rico nói.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Materials