Vật liệu tự lắp ghép thành các hình dạng khác nhau

Bài toán chuyển hình vuông thành hình tam giác.

Cắt một hình vuông thành 4 mảnh, rồi lắp chúng lại thành hình tam giác. Kiểu toán đố như vậy thịnh hành ở Trung Quốc từ thời cổ đại, nhưng tới nay, chưa ai sai khiến được vật liệu tự làm việc đó. Các nhà hóa học Mỹ đã tìm ra bí quyết này, với hy vọng một ngày nào đó sẽ chế ra những mạch điện dễ dàng thay hình đổi dạng.

George Whitesides, Đại học Harvard (Massachusetts, Mỹ) và cộng sự đã tạo được những khối vật liệu đa giác, mà các cạnh của chúng gắn với nhau theo một hình đặc biệt, nổi trong một chất lỏng. Khi bổ sung muối vào chất lỏng này, các khối đa giác tách nhau ra và sau đó gắn lại với nhau theo một hình dạng mới.

Trong một thí nghiệm cụ thể, nhóm nghiên cứu đã sắp xếp những khối nhỏ hình cái diều (dài khoảng 1 cm) sao cho các cạnh dài nằm sát nhau, để tạo thành một hình lục giác. Khi thay đổi đặc tính của chất lỏng, quá trình tái sắp xếp khối diễn ra, các cạnh ngắn liền tiến lại với nhau và tự lắp ráp thành những hình tam giác đều.

Thực chất của quá trình này là sự lợi dụng đặc tính ái nước hay kỵ nước của khối đa giác.

Các khối đa giác được tạo ra từ hỗn hợp của polymer kỵ nước với một loại bột, sao cho một số cạnh của đa giác thì hút nước (ái nước), số khác lại đẩy nước ra (kỵ nước). Tiếp đến, các nhà nghiên cứu thả chúng vào một dung dịch đặc biệt gồm hai phần, không trộn lẫn với nhau: trên là nước, dưới là một chất lỏng dạng dầu có tên gọi là perfluorodecalin. Các khối đa giác được chế tạo với tỷ trọng vừa đủ để nổi ở mặt phân cách của hai lớp chất lỏng này.

Khi ép các khối đa giác xuống dưới lớp perfluorodecalin, cạnh ái nước của chúng sẽ quây lại với nhau, đẩy các cạnh kỵ nước quay ra ngoài. Nhưng khi nước được bổ sung muối natri metatungstate, nó sẽ trở nên nặng hơn và hơi chìm xuống, khiến các khối đa giác hơi nổi lên khỏi lớp perfluorodecalin. Lúc này, các cạnh kỵ nước sẽ chụm đầu vào nhau, hướng các cạnh ái nước quay ra ngoài. Bằng cách đó, các khối đa giác sẽ tự động thay đổi vị trí lắp ghép của chúng.

Whitesides và cộng sự cho rằng, dựa trên nguyên lý này, trong tương lai, người ta có thể tạo ra những mạch điện biết tự lắp ghép hay thay đổi vị trí.

B.H. (theo Nature)