Một nhóm nghiên cứu tại Israel đã phát triển BioPykrete, vật liệu băng composite có độ bền nén cao gấp khoảng 10 lần so với băng thông thường và khó nứt vỡ hơn. Theo nhóm nghiên cứu, loại vật liệu này có độ bền nén tiệm cận bê tông thông thường, qua đó mở ra khả năng ứng dụng làm vật liệu xây dựng thân thiện môi trường tại các vùng cực.

Ngày 14/10, trang Gigazine dẫn thông tin từ nhóm nghiên cứu có sự tham gia của Đại học Hebrew ở Jerusalem cho biết BioPykrete được tạo thành từ vật liệu nguồn gốc thực vật kết hợp với protein.

Với băng thông thường, các vết nứt có xu hướng lan nhanh khi chịu áp lực lớn, khiến vật liệu dễ gãy vỡ. Trong khi đó, BioPykrete không vỡ đột ngột dưới lực nén mà biến dạng dần theo thời gian.

Yếu tố then chốt nằm ở cấu trúc mạng lưới siêu nhỏ hình thành bên trong khối băng. Nhóm nghiên cứu trộn cellulose nano tinh thể (CNC), được chiết xuất từ thành tế bào thực vật, vào nước rồi làm đông theo một hướng. Cách làm này giúp CNC tạo thành mạng lưới, đồng thời các tinh thể băng được giữ trong những khoảng trống của cấu trúc đó.

Sau đó, nhóm bổ sung một loại protein dung hợp được tạo ra bằng cách kết hợp protein chống đông AFPIII có nguồn gốc từ cá với protein liên kết cellulose CBM3a. Thành phần này đóng vai trò như chất kết dính ở cấp độ phân tử, giúp tăng liên kết giữa băng và CNC.

Để kiểm chứng đặc tính cơ học, nhóm đã chế tạo các mẫu hình trụ có đường kính 2 cm và cao 1 cm, sau đó tiến hành thử nghiệm nén.

Kết quả cho thấy BioPykrete có độ bền nén cao gấp khoảng 10 lần so với băng thông thường. So với loại composite không sử dụng protein dung hợp, vật liệu này cũng cho độ bền nén cao hơn khoảng 2 lần.

Không chỉ vậy, mức năng lượng mà vật liệu hấp thụ trước khi bị phá hủy cũng cao gấp khoảng 70 lần so với băng thông thường. Nhóm nghiên cứu cho biết mạng lưới CNC giúp hạn chế sự lan truyền của vết nứt, trong khi protein dung hợp làm tăng lực liên kết bên trong vật liệu.

Theo đánh giá của nhóm, BioPykrete có độ bền nén tiệm cận bê tông thông thường, từ đó cho thấy tiềm năng ứng dụng trong xây dựng tại những môi trường khắc nghiệt như Bắc Cực và Nam Cực.

Tuy nhiên, nghiên cứu hiện mới dừng ở giai đoạn thử nghiệm trên mẫu nhỏ. Để có thể ứng dụng trong xây dựng thực tế, vật liệu này vẫn cần được kiểm chứng thêm về độ bền dài hạn, khả năng chịu chu kỳ đóng băng – tan băng lặp lại, cũng như mức độ biến dạng dưới tải trọng liên tục.