Thứ Năm, 5 tháng 3, 2015
CÂU CHUYỆN KHOA HỌC 36
6 vật liệu có thể thay đổi thế giới
Vật
liệu tận dụng từ nhiệt thải hay vật liệu tự phục hồi có thể được ứng
dụng trong lĩnh vực nghiên cứu tàu vũ trụ, cung cấp năng lượng trong
tương lai.
Vật liệu có tính dẫn điện
Graphene
là một lớp carbon hợp thành một mạng hình lục giác (kiểu tổ ong), với
khoảng cách giữa các nguyên tử carbon là 0,142 nm. Màng graphene có độ
dày tương đương đường kính của nguyên tử.
Giống cấu trúc của graphene, stanene được cấu tạo từ một lớp
nguyên tử. Nhưng thay vì carbon, stanene được hình thành từ thiếc. Đây
là đặc điểm tạo nên sự khác biệt và giúp vật liệu này dẫn điện với hiệu
suất 100%.
Về mặt lý thuyết, giáo sư Shoucheng Zhang là người giới thiệu stanene
lần đầu tiên vào năm 2013. Theo mô hình của ông, stanene là một chất
cách điện tô pô, nghĩa là nó có các cạnh hoặc bề mặt bên ngoài dẫn điện,
còn bên trong là chất cách điện (giống một que kem phủ chocolate, trong
đó chocolate là chất dẫn điện, kem là chất cách điện). Do đó, stanene
có thể dẫn điện với điện trở bằng không ở nhiệt độ phòng.
Tính chất của stanene chưa được kiểm tra thực nghiệm, tuy nhiên các dự
đoán khác của Zhang về các chất cách điện tô pô khác đã được chứng minh
là đúng.
Cấu trúc phân tử của stanene. Ảnh: SLAC
|
Vật liệu tự phục hồi
Năm 2014, phòng thí nghiệm của Scott White, chuyên gia Đại học
Illinois, tạo ra một loại polymer mới với tính năng tự rỉ ra để sửa chữa
lỗ hổng mà mắt thường nhìn thấy được. Loại polymer này có một hệ thống
mạch chất lỏng mà khi vỡ ra sẽ tự đông lại giống như máu.
Các vật liệu sẵn có khác có thể làm kín vết nứt cực nhỏ, trong khi vật
liệu mới có tác dụng với lỗ hổng rộng 4 mm và các vết nứt xung quanh nó.
Trong tương lai, chúng có thể được ứng dụng trong công nghệ vũ trụ.
Vật liệu nhiệt điện
Nhiệt thải là kết quả tất yếu của bất kỳ thiết bị sử dụng điện.
Theo ước tính của giới chuyên gia, lượng nhiệt thải ra bằng hai phần ba
lượng nhiệt đã sử dụng. Đây chính là lý do khiến giới nghiên cứu tận
dụng nguồn nhiệt thải này và tạo ra vật liệu nhiệt điện.
Công ty Alphabet Energy ở California, Mỹ, giới thiệu một loại máy phát
nhiệt điện cắm thẳng vào ống xả của máy phát điện thông thường, chuyển
hóa nhiệt thải thành điện năng hữu ích. Thiết bị được giới thiệu năm
ngoái sử dụng vật liệu tương đối rẻ gọi là tetrahedrite, có thể đạt hiệu
suất 5-10%.
Trong phòng thí nghiệm, các nhà khoa học nghiên cứu một vật liệu có
hiệu suất cao hơn gọi là skutterudite. Nó có giá thành rẻ hơn và hiệu
suất đủ lớn để ứng dụng trong nhiều thiết bị tiêu tốn năng lượng.
Vật liệu nhiệt điện được ứng dụng trong lĩnh vực chế tạo tàu vũ trụ.
Pin Mặt Trời giá rẻ
Năng lượng Mặt Trời có chi phí rẻ nhưng việc xây dựng một nhà máy
điện sử dụng các tế bào quang điện từ silicon đơn tinh thể là một quá
trình tốn kém và tiêu tốn năng lượng. Khoáng vật Perovskit có thể là một
dạng vật liệu thay thế.
Perovskit được phát hiện lần đầu tiên cách đây hơn một thế kỷ. Năm
2009, tế bào quang điện được tạo ra từ perovskite có hiệu suất chuyển
đổi năng lượng khoảng 3.8% và tăng lên 19,3% trong năm 2014. Con số này
chưa cao so với phương thức sử dụng silicon, nhưng nó có thể phát triển
nhanh chóng trong một vài năm và chi phí rẻ hơn.
Vật liệu cứng nhưng siêu nhẹ
Mô phỏng vật liệu aerogel. Ảnh: NASA
|
Dù rất nhẹ, Aerogel
có thể thể chịu được sức nóng của một bộ đèn hàn hoặc sức nặng của một
chiếc ôtô. Loại vật liệu này còn được gọi là khói đóng băng hay khói
xanh.
Điểm yếu của Aerogel là độ giòn, đặc biệt khi làm từ silic. Tuy nhiên,
các nhà khoa học của Cơ quan Hàng không Mỹ (NASA) đã thử nghiệm với vật
liệu làm từ polymer, ứng dụng tính cách điện của nó cho các tàu vũ trụ.
Trộn thêm hợp chất khác vào aerogel căn bản có thể khiến nó linh hoạt
hơn.
Siêu vật liệu
Metamaterial (siêu vật liệu) là một dạng vật chất nhân tạo. Trên
thực tế, các siêu vật liệu có cấu trúc nano tán xạ ánh sáng theo nhiều
cách đặc biệt, và một ngày nào đó sẽ khiến các vật thể trở nên vô hình.
Tùy thuộc vào cấu tạo, nó có thể tác động đến sóng radio, vi sóng hay
bức xạ terahertz (T-ray). Những máy quét T-ray có thể được ứng dụng
trong y học và an ninh. Tuy nhiên, việc thương mại hóa chúng trong tương
lai gần là điều không dễ dàng.
Anh Hoàng (Theo Gizmodo)
Thuốc kháng sinh Penicillin
Thuốc kháng sinh ra đời sau khi nhà nghiên cứu tình cờ phát hiện một loại nấm lạ. Ảnh: Telegraph
|
Nhà vi khuẩn học Alexander Fleming lần đầu tiên tìm ra ra cơ chế của
thuốc kháng sinh khi trở về từ kỳ nghỉ phép. Ông nhận thấy một trong các
đĩa nuôi cấy vi khuẩn bị nấm lạ xâm nhập. Ông khám phá ra rằng nấm đã
ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn. Phát hiện này mở đường cho nhiều
nghiên cứu và thử nghiệm sau đó, cho đến khi thuốc kháng sinh ra đời và
được sử dụng khắp nơi.
Vật liệu dẻo
Charles Goodyear tình cờ đun nóng một thứ hỗn hợp gồm cao su và lưu
huỳnh trong khi nghiên cứu. Nhờ đó, ông đã khám phá ra một loại vật liệu
mới, mà ngày nay đang được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau.
Máy trợ tim
Máy tạo nhịp tim hiện đại ra đời từ lỗi của nhà sản xuất khi vô tình
đưa điện trở sai kích thước vào một thiết bị mới, tạo ra những âm thanh
khác biệt của nhịp tim người. Khám phá này đã làm thay đổi các loại máy
trợ tim và cuộc sống của hàng triệu người trên thế giới.
Máy trợ tim là một thiết bị nhỏ được đặt trong lồng ngực, giúp kiểm soát nhịp tim bất thường. Ảnh: Telegraph
|
Giấy ghi nhớ
Nhà phát minh Spencer Silver nghiên cứu một loại chất dính siêu mạnh để
sử dụng cho phòng thí nghiệm. Tuy nhiên thay vào đó, ông vô tình tạo ra
một chất liệu có khả năng kết dính nhưng cũng dễ dàng tách khỏi bề mặt.
Đồng nghiệp của ông là Art Fry dùng loại keo này để giữ các mẩu giấy
dấu trên sách thánh ca, và những tờ giấy nhớ đầu tiên xuất hiện.
Túi trà
Tháng 6/1908, khi gửi mẫu trà cho khách hàng, ông Sullivan đặt những
nhúm lá trà trong túi lụa nhỏ để giảm chi phí. Khách hàng tỏ ra bối rối
khi nhận được đơn hàng và vì không chắc chắn về cách sử dụng, họ nhúng
chúng vào nước nóng. Túi trà lọc ra đời từ đó.
Túi trà lọc là một trong những sản phẩm được tạo ra một cách ngẫu nhiên. Ảnh: Alamy
|
Ngũ cốc ăn sáng
Hai anh em John và Keith Kellog vô tình để quên bột mì đã nấu chín ở
ngoài hàng giờ và không ủ. Bột sau đó được nướng lên và tạo thành những
miếng snack giòn rụm. Ngày nay, chúng được bán như một món ngũ cốc ăn
sáng phổ biến.
Anh Hoàng (Theo Telegraph)
Người phát minh ra laser qua đời
Charles Townes, người cùng nhận giải Nobel với hai nhà khoa học Nga nhờ phát minh laser, qua đời ở tuổi 99.
Nhà vật lý học Charles Townes phát biểu trong một diễn đàn tại Doha, Qatar, năm 2008. Ảnh: Reuters
|
Theo thông báo của Đại học California tại Berkeley, nhà vật lý học
người Mỹ Charles Townes qua đời hôm 27/1 trên đường đến bệnh viện. Tình
trạng sức khỏe trước đó của ông không ổn định.
"Ông là một trong những nhà vật lý thực nghiệm quan trọng nhất trong
thế kỷ qua", Reinhard Genzel, giám đốc Viện Vật lý Max Planck, nói. Với
vai trò giáo sư danh dự tại Berkeley, Townes là thành viên của bộ môn
vật lý và Phòng thí Nghiệm Khoa học vũ trụ trong gần 50 năm.
Charles Townes sinh ngày 28/7/1915 tại bang Nam Carolina. Mùa xuân năm
1951, khi đang ngồi trong công viên, nhà nghiên cứu nảy ra ý tưởng làm
thế nào để tạo ra một chùm bước sóng ngắn. Điều đó đã thôi thúc ông cùng
các đồng nghiệp tạo ra một thiết bị gọi là maser, khuếch đại vi sóng
(sóng vi ba) bằng phát xạ kích thích, vào năm 1954.
4 năm sau đó, ông cùng người anh rể là Arthur Schawlow nhen nhóm ý
tưởng tạo ra biến thể của phát minh đó, nhằm khuếch đại một chùm ánh
sáng quang học, thay vì năng lượng sóng vi ba. Phòng thí nghiệm Bell đã
cấp bằng sáng chế cho ý tưởng mới, hay chính là laser.
Năm 1964, Townes nhận giải Nobel trong lĩnh vực Vật lý với nghiên cứu
của ông cùng hai nhà khoa học người Nga là Aleksandr Prokhorov và
Nicolai Basov, những người đã đưa ra ý tưởng độc lập về maser.
Townes là người đi tiên phong trong việc sử dụng maser và laser trong
lĩnh vực thiên văn học. Ngày nay, phát minh của ông cùng các đồng nghiệp
có ứng dụng quan trọng trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học, y tế, viễn
thông...
Anh Hoàng
Các phát minh kỳ lạ cách đây 100 năm
Tủ bếp
điện đa năng, xe tăng trên biển hay xe scooter đẩy bằng tay là những
phát minh có từ cách đây khoảng 100 năm, giúp nhân loại có cuộc sống nhẹ
nhàng và thú vị hơn.
Tủ bếp điện ra đời những năm đầu của thế kỷ 20. Đây là phát minh
được sáng tạo với mục đích giúp các bà nội trợ đảm đương công việc gia
đình theo các phương thức đặc biệt. Bằng cách tích hợp phần cứng kết nối
với động cơ, chiếc tủ này có chức năng nhào bột bánh mì, cắt thực phẩm,
làm kem. Nó cũng là sản phẩm hỗ trợ rửa bát đĩa tự động và đồng hồ báo.
|
Kế hoạch chế tạo chiếc xe tăng trên biển (Sea Tank) được trình lên
Hội đồng Quốc phòng Quốc gia Mỹ năm 1917, với mục đích hỗ trợ hoạt động
phòng vệ trên biển. Về cơ bản, Sea Tank có thiết kế hai bánh nước và hai
tháp pháo, một tháp pháo ở vị trí trung tâm trục bánh xe.
|
Bàn dịch chuyển là loại bàn gấp, được thiết kế với mục đích tiết
kiệm không gian. Hai cánh gấp hai bên có thể mở rộng hoặc thu hẹp lại
tùy theo nhu cầu sử dụng khác nhau trong gia đình.
|
Tuyến đường sắt Jungfrau được xây dựng trong 16 năm và hoàn thành
năm 1912, nhằm thu hút khách du lịch đến khu vực phần dãy núi Alpes
thuộc phạm vi Thụy Sĩ. Theo kế hoạch, du khách được lên đỉnh núi
Jungfrau nổi tiếng bằng một chiếc thang máy đặc biệt. Mặc dù thang máy
chưa được hoàn thiện, nhưng nhà ga Jungfrau vẫn được coi là nhà ga cao
nhất thế giới.
|
Sân chơi 5 trong 1 là một sáng kiến thông minh nhưng không an toàn
với trẻ em. Chiếc cầu trượt ban đầu sẽ trở thành cây cầu khỉ sau khi bỏ
tấm ván trượt. Đặt tấm ván trượt lên một giá đỡ thăng bằng thấp hơn sẽ
tạo ra một chiếc bập bênh. Nó cũng có thể trở thành một đường trượt nhỏ.
|
Loại phương tiện này không phải tàu ngầm, cũng không phải một loại
thuyền máy cá nhân. Tuy nhiên, nó có thể giữ người điều khiển ở trạng
thái hơi chìm và nổi trên mặt nước. Độ sâu có thể được kiểm soát bằng 4
mặt phẳng ở hai bên và người lái điều khiển bằng bàn đạp chân.Thiết kế
quả bóng nổi gắn trên ống dẫn phía sau sẽ tự động ngắt động cơ khi áp
lực nước cao, giúp chống chìm.
|
Báng súng tùy chỉnh và giảm sốc được chế tạo với mục đích phục vụ
cho các vận động viên nữ. Phần báng súng có thể kéo dài hoặc rút ngắn
theo nhu cầu của người sử dụng nhờ thiết kế vít định vị.
|
Hình thức di chuyển mới nhất tại thủ đô Paris vào năm 1918 là một
chiếc xe scooter 4 bánh đẩy bằng tay. Loại phương tiện này hoạt động
tương tự như khi đi thuyền, tuy nhiên sử dụng sức đẩy từ tay lái thay vì
mái chèo.
|
Linh Anh (Theo Mentalfloss)
Các phát minh ngẫu nhiên làm thay đổi thế giới
Thuốc
gây ảo giác, lò vi sóng hay máy điều hòa nhịp tim là những phát minh
được các nhà khoa học tình cờ chế tạo trong phòng thí nghiệm hoặc phát
hiện trong cuộc sống thường ngày.
1. Lò vi sóng
Nhờ một sự cố xảy ra trong phòng thí nghiệm, nhà khoa học người Mỹ
Percy Spencer đã chế tạo ra chiếc lò vi sóng đầu tiên. Khi đang đứng
trước một nam châm điện được dùng để tạo ra năng lượng cho thiết bị
radar, Spencer nhận thấy thỏi sô cô la trong túi áo ông tan chảy. Sau
khi tiếp tục thí nghiệm với hạt ngô và nhiều loại thức ăn khác, ông đã
cho ra đời một thiết bị sử dụng sóng điện từ siêu nhỏ để làm nóng thực
phẩm vào năm 1945. Hiện nay lò vi sóng có mặt ở những căn bếp khắp nơi
trên thế giới.
|
2. Máy điều hòa nhịp tim
Nhà khoa học Wilson Greatbatch vốn có ý định chế tạo thiết bị giúp
điều chỉnh nhịp tim ở những bệnh nhân có tim đập loạn nhịp do không nhận
được tín hiệu chính xác từ trung ương thần kinh. Các thiết bị lúc bấy
giờ đều khá cồng kềnh, trong khi Greatbatch muốn tạo ra một loại máy nhỏ
hơn để có thể cấy ghép vào cơ thể bệnh nhân. Năm 1958, khi đang làm một
máy dao động để đo nhịp tim động vật tại Đại học Cornell, Mỹ, Wilson
lấy nhầm bóng bán dẫn lắp vào máy và nghe được tiếng dao động đều đặn
quen thuộc của nhịp tim đập khi bật máy lên. Năm 1960, máy điều hòa nhịp
lần đầu tiên được cấy ghép vào cơ thể người.
|
3. Thuốc nổ
Nhà khoa học Thụy Điển nổi tiếng Alfred Nobel là người phát minh ra
thuốc nổ qua nhiều sự tình cờ. Gia đình Nobel chuyên sản xuất và kinh
doanh nitroglycerin, một chất nổ dạng lỏng, rất thiếu an toàn. Sau khi
một vụ nổ nhà máy vào năm 1864 cướp đi sinh mạng người em trai út trong
gia đình Nobel, nhà khoa học đã tích cực nghiên cứu để cho ra đời vật
liệu cháy nổ an toàn hơn. Trong một lần vận chuyển nitroglycerin, ông
phát hiện một can chứa chất nổ lỏng bị thủng, nhưng một hỗn hợp đá quặng
lẫn trong can nhanh chóng hút hết chất lỏng. Quan sát này khiến Nobel
nghĩ ra công thức chất nổ dạng rắn không hạn chế sức mạnh của chất nổ.
Năm 1867, Nobel đăng ký phát minh này với tên gọi dynamite, mở đường
cuộc cách mạng trong ngành xây dựng và chế tạo mìn.
|
4. Thuốc gây ảo giác LSD
Thuốc gây ảo giác LSD (Lysergic Acid Diethylamide) được nhà hóa học
Thụy Sĩ Albert Hoffman chế tạo thành công từ năm 1938 nhưng phải 5 năm
sau ông mới tình cờ phát hiện tác dụng gây ảo giác của chất này.
Tại phòng thí nghiệm, ông không may nuốt phải hợp chất do chính
mình tạo ra, sau đó rơi vào tình trạng bị kích thích mạnh mà ông miêu tả
là nhìn thấy "những ảo ảnh với màu sắc sặc sỡ như nhìn qua kính vạn
hoa". Vậy là tình cờ, Hoffman tìm ra một trong những chất kích thích
thần kinh mạnh nhất ngày nay.
Mặc dù mong muốn của Hoffman là đẩy mạnh nghiên cứu ứng dụng LSD
trong y học tâm thần, nhưng trên thực tế người ta lại lạm dụng nó vào
mục đích giải trí, đặc biệt trong thập niên 60. Bởi vậy, LSD được chính
nhà khoa học gọi là "đứa con hư".
|
5.Viagra
Vào những năm 1980, khi đang nghiên cứu phát triển một loại thuốc
điều trị cao huyết áp, nhóm nghiên cứu thuộc công ty dược phẩm Pfizer
được các bệnh nhân dùng thử thuốc cho biết thuốc không có hiệu quả cao
như mong đợi, nhưng lại có tác dụng phụ là tăng cương dương. Ngay lập
tức họ chuyển sang tìm hiểu tác dụng phụ và sau đó tiến hành thử nghiệm
một loại thuốc có tác dụng chữa trị rối loạn cương dương. Năm 1998, Cục
quản lý Dược phẩm và Thực phẩm Mỹ FDA công nhận loại thuốc mang tên
Viagra, tên khoa học là sildenafil citrate.
|
Đăng ký:
Đăng Nhận xét (Atom)
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét