Trong những nỗ lực tạo ra một loại vật liệu hữu hiệu hơn cho việc vận chuyển, bảo quản sản phẩm y tế, một nhóm các nhà nghiên cứu đã vô tình tạo ra một vật liệu “gần như mới”, được đánh giá là phải hơn 100 năm nữa mới có thể chế tạo được. Upsalite (tên của loại vật liệu mới) là một dạng thù hình không độc tính của magie carbonate (MgCO3) với bề mặt vô cùng xốp. Dạng bề mặt này cho phép vật liệu hấp thụ hơi ẩm trong môi trường độ ẩm thấp tốt hơn bất kỳ loại vật liệu nào hiện có. Theo Maria Stromme, giáo sư ngành Công Nghệ Nano-thuộc Đại Học Uppsala, tổng diện tích mặt cắt phân tử của 1 gram vật liệu có thể đạt đến 800m2, tương đương với diện tích cánh buồm của một du thuyền lớn. Ngoài khả năng tạo ra môi trường khô ráo (để sản xuất thiết bị điện, pin và dược phẩm) với một lượng năng lượng rất ít, Upsalite còn có thể sử dụng để làm sạch các vết dầu loang (trong sự cố tràn dầu), rác thải độc hại hay dư lượng hóa chất sau thí nghiệm.
Từ lâu dạng thù hình đặc biệt này của Magie Carbonate đã là một thử thách lớn với các nhà khoa học. Lý do là bởi dạng thù hình này không xuất hiện trong tự nhiên và rất khó tổng hợp được trong phòng thí nghệm. Các thuộc tính, tính chất của nó đến nay vẫn còn là một bí ẩn chưa được khám phá.
Stromme thú nhận rằng nhóm nghiên cứu từ ban đầu không hề có ý định chế tạo loại vật liệu này. Mục tiêu đầu tiên của họ là sản xuất Calcium Carbonate (CaCO3) xốp nhắm vào mục đích sử dụng trong vận chuyển sản phẩm y tế. Khi họ biết rằng Magnesium Carbonate không có độc tính và đã được phê duyệt để sử dụng trong vận chuyển sản phẩm y tế thì nghiên cứu bắt đầu chuyển hướng. Các nhà nghiên cứu tiến hành chế Magnesium Carbonate với quá trình tương tự quá trình sản xuất Calcium Carbonate. Trên thực tế rất nhiều nhà nghiên cứu cũng đã đi theo lộ trình này để sản xuất magnesium carbonate “rối” (disordered magnesium carbonates) trong hàng thập kỷ mà không thành công. Và nhóm nghiên cứu này cũng không phải ngoại lệ.
Thế nhưng đột phá đã xuất hiện khi họ thay đổi quá trình đi một chút và vô tình giữ vật liệu trong lò phản ứng qua vài ngày cuối tuần. Khi quay lại, họ không tìm thấy vật liệu cũ nữa mà thay vào đó là một hợp chất gel mới. “Chúng tôi nhận ra loại vật liệu mà mình đang thấy chính là loại vật liệu đã được các nhà khoa học tuyên bố không thể chế tạo được“, Stromme cho biết thêm. Và sau một năm chỉnh sửa quá trình sản xuất, họ đã thu được Upsalite.
Quá trình tổng hợp Upsalite được mô tả trong hình dưới. Đầu tiên MgO sẽ được hòa cùng với methanol (CH3OH) dưới áp suất C02 3 bar (1 bar =100000Pa) ở 50 độ C (hình đầu). Sau 2.5h trong dung dịch sẽ hình thành HOMgOCH3, áp suất khi đó được hạ xuống 1 bar và tắt nguồn nhiệt. Methanol tương tác với CO2 tạo thành CH3OCOOH (methyl hemicarbonic acid). HOMgOCH3 tiếp tục tương tác với CH3OCOOH tạo thành nước và H3COCOOMgOCH3 (gốc methyl esther của magnesium methyl carbonate). Lúc này dung dịch chuyển mày từ trắng sang vàng nhạt. H3COCOOMgOCH3 tương tác với nước và tạo thành HOMgOCOOCH3 (hoặc MgCO3•CH3OH). Gia nhiệt ở 70 độ C giải phóng CH3OH và tạo thành MgCO3.
Mặc dù quá trình tạo ra loại vật liệu chỉ-có-trên-lý-thuyết này nghe chừng đã là một sự kiện đáng để ăn mừng, thế nhưng đột phá mang tính khoa học nhất lại nằm ở thuộc tính của loại vật liệu này. Trước đó, chưa từng có một hợp chất carbonate nào có diện tích bề mặt lớn đến mức 800 m2/g. Mặc dù các nhà khoa học đã tạo ra khá nhiều vật liệu có diện tích bề mặt lớn bằng công nghệ nano như ống nanocarbon và zeolites.
Nếu nói về các lỗ hổng ở kích thước nano của Upsalite, thì mỗi lỗ có đường kính nhỏ hơn 10 nm và trên 1 gram vật liệu có khoảng 26 ngàn tỷ lỗ nano như vậy (một con số vô cùng khổng lồ). Điều này giúp cho vật liệu có nhiều khu vực tương tác hơn (ví dụ như tương tác với môi trường, tương tác hóa chất .. hay ở đây là hơi ẩm).
Khả năng hút ẩm của Upsalite thật sự rất đáng nể. Theo các nhà nghiên cứu thì Upsalite có khả năng hút ẩm cao hơn 20 lần so với silica “hun khói” (fumed sillica– sillica hay còn có tên khác là Silicon Dioxit – SiO2), loại vật liệu được dùng khá phổ biến để điều chỉnh độ ẩm khi vận chuyển đồ đạc, hành lý.
Cấu trúc lỗ, khoang đặc biệt của Upsalite cũng mở ra rất nhiều ứng dụng mới trong ngành vận chuyển, bảo quản dược phẩm. Những lỗ hổng, khoang này có thể chứa những dược phẩm cần được bảo quản đặc biệt trước khi đi vào cơ thể người. Ngoài ra Upsalite cũng là vật liệu hữu hiệu trong các hoạt động như : cách nhiệt, làm khô cặn trong công nghiệp dầu khí… và còn rất nhiều ứng dụng tiềm năng khác đang chờ được khám phá.
Nhóm nghiên cứu của Đại Học Uppsala hiện đang tiến hành thương mại hóa Upsalite thông qua một công ty riêng có tên Disruptive Material (tạm dịch: Vật Liệu Đột Phá).
Người dịch: Trungmaster, theo gizmag
Luận văn:
