Tơ nhện dẫn nhiệt tốt như kim loại

Xinwei Wang là giáo sư cơ kĩ thuật tại trường Đại học Iowa. Ông nghiên cứu sự dẫn nhiệt của các chất. Ông đang đi tìm những chất liệu hữu cơ có khả năng truyền nhiệt hiệu quả. Kim cương, đồng và nhôm thì rất tốt rồi; nhưng đa số chất liệu sinh vật sống thì không dẫn nhiệt tốt cho lắm.

Nhưng theo Wang, tơ nhện có tính chất đáng để tiếp tục nghiên cứu thêm. Nó có một tính chất hấp dẫn như: nó rất bền, rất căng, chỉ dày 4 micron (một sợi tóc người dày khoảng 60 micron), và theo một số quan điểm, nó có thể là một chất dẫn nhiệt tốt. Nhưng chưa có ai từng kiểm tra độ dẫn nhiệt của tơ nhện cả.

Đây là một trong những mạng nhện tơ vàng dùng trong dự án nghiên cứu của Xinwei Wang. Ảnh: Xinwei Wang

>> Xem thêm: Nhà khoa học Nhật Bản chế tạo dây đàn violin từ tơ nhện

Vì thế Wang đã quyết định thử một số thí nghiệm với tơ nhện. Xiaopeng Huang, một nghiên cứu sinh hậu tiến sĩ ngành cơ kĩ thuật; và Guoqing Liu, một nghiên cứu sinh ngành cơ kĩ thuật, cũng góp mặt trong dự án của Wang.

“Tôi nghĩ chúng tôi đã thử nghiệm với chất liệu đúng,” Wang nói.

Cái Wang và đội nghiên cứu của ông tìm thấy là tơ nhện – nhất là những sợi kéo neo mạng nhện tại chỗ - dẫn nhiệt tốt hơn đa số những chất liệu khác, kể cả những chất dẫn nhiệt rất tốt như silicon, nhôm và sắt nguyên chất. Tơ nhện còn dẫn nhiệt tốt gấp 1000 lần tơ tằm và gấp 800 lần những mô hữu cơ khác.

“Khám phá của chúng tôi sẽ làm cách mạng hóa tư duy lâu nay về sự dẫn nhiệt kém của các chất liệu sinh vật học”, Wang viết trong bài báo công bố trên tạp chí Advanced Materials.

Theo bài báo trên, tơ nhện dẫn nhiệt với tốc độ 416 watt/m/Kelvin. Tốc độ dẫn ở đồng là 401. Và ở các mô da là 0,6.

“Kết quả này rất bất ngờ vì tơ nhện là chất hữu cơ,” Wang nói. “Đối với chất liệu hữu cơ, đây là trường hợp dẫn nhiệt cao nhất. Chỉ có một vài chất cao hơn – đó là bạc và kim cương.”

Bất ngờ hơn nữa là khi tơ nhện bị kéo căng, độ dẫn nhiệt cũng tăng lên theo. Wang cho biết tơ nhện kéo căng đến giới hạn 20% của nó cũng làm tăng độ dẫn nhiệt lên thêm 20%. Đa số các chất liệu khác giảm độ dẫn nhiệt khi chúng bị kéo căng ra.

Khám phá mở ra cánh cửa mới cho việc sử dụng những chất liệu mềm làm một lựa chọn khác trong việc điều chỉnh sự dẫn nhiệt. Ngoài ra, tơ nhện còn giúp chế tạo những bộ phận tiêu tán nhiệt, linh hoạt trong điện tử học, dùng tốt hơn vải khi thời tiết nóng bức, dùng làm vết băng không giữ nhiệt và nhiều ứng dụng hàng ngày khác.

Từ trái sang: Xinwei Wang, Guoqing Liu và Xiaopeng Huang, cùng thiết bị họ sử dụng để nghiên cứu sự dẫn nhiệt của tơ nhện. Ảnh: Bob Elbert

Vì sao tơ nhện lại có tính dẫn nhiệt khác lạ như vậy?

Theo Wang, đó là do cấu trúc phân tử hoàn hảo của tơ nhện, gồm những protein chứa các tinh thể nano và những cấu trúc dạng lò xo nối giữa những protein đó. Wang cho biết cần có nghiên cứu thêm mới có thể hiểu hết khả năng dẫn nhiệt của tơ nhện.

Wang cũng thắc mắc không biết có thể biến tính tơ nhện để tăng độ dẫn nhiệt của nó hay không. Ông cho biết các kết quả sơ bộ là rất triển vọng.

“Tôi đã nghiên cứu sự truyền nhiệt trong nhiều năm qua,” Wang nói. “Đây là nghiên cứu hào hứng nhất, cái tôi đang làm hiện nay là đúng hướng.” Chẳng thế mà một người đồng nghiệp đã gọi ông là người nhện của trường Đại học Iowa.

Lucky_Rua – thuvienvatly.com
Nguồn: Đại học Iowa (web)