Xin lỗi! tơ nhện, răng ốc đá mới là vật liệu tự nhiên bền nhất trên trái đất

Ốc biển và tơ nhện.
Hình 1: Ốc đá và tơ nhện.

Cuộc chiến độ bền giữa ốc và nhện:

Cơ chế ăn của các loài ốc. (Wikimedia Commons)
Hình 2: Cơ chế ăn của các loài ốc. Lưỡi được kí hiệu “r” sẽ đẩy các răng nhỏ ra và cạo tảo trên các tảng đá (Wikimedia Commons).

Tơ nhện từng được biết là vật liệu bền nhất trong tự nhiên, chúng được ứng dụng trong áo giáp chống đạn.  Thậm chí trong bộ phim bom tấm “Người nhện siêu đẳng”, người nhện còn dùng tơ để bay lơ lửng trên bầu trời New York. Nhưng xin lỗi “nhện”, có lẽ hãng Marvel Comic hãy làm về siêu anh hùng người “ốc” vì răng của loài ốc mới là bền nhất thế giới. Các nhà khoa học của trường đại học Portsmouth, Anh, đã báo cáo kết quả nghiên cứu trên tập san Interface cho thấy răng của ốc đá bền hơn tơ nhện 40% [1]. Đây là điều rất thú vị, tôi sinh ra ở gần biển, đã bao nhiều lần nhìn thấy những con ốc biển bám chặt vào nhưng tảng đá. Và đó là lý do tại sao lại gọi chúng là ốc đá. Nhưng tôi chưa bao giờ nghĩ điều gì ẩn sau đó. Ốc đá thực sự như là những cỗ máy ủi đất của bờ biển. Cách mà ốc đá ăn tảo hay rong rêu giống như cách mà một con ốc sên ăn được minh hoạ trong hình 2. Cơ chế này giống như một máy cạo, gồm hàng trăm cái răng nhỏ li ti nằm dọc trên lưỡi, do đó sau khi ăn tảo, chúng sẽ để lại các vết cạo trên đá. Do rất khó để chỉ cạo độc tảo, nên trong thực tế ốc biển ăn cả đá, và nếu bạn nhìn và những viên phân của chúng, sẽ thấy chúng giống như những cục bê tông nhỏ.

Bí mật ở đây nằm ở những cái răng của ốc đá. Các răng được cấu tạo bằng protein, được phủ một ma trận các sợi nanô làm bằng chất khoáng với tên gọi goethite (đặt theo tên của nhà khoa học Đức Johann Wolfgang von Goethe). Cấu trúc này siêu cứng, kích thước nanô của các sợi khoáng là lý tưởng để hạn chế các điểm yếu cơ học của răng, làm cho ốc biển có thể dễ dàng cào xới cả đá.

Các nhà khoa học đã tiến hành đo độ bền của cấu trúc này trong phòng thí nghiệm, kết quả cho thấy độ bền của răng ốc đá lên tới 6,5 GPa, trong khi đó độ bền của tơ nhện được biết tới là 4,5 GPa. Kết quả là ốc đã chiến thắng nhện trong cuộc chiến về độ bền. Nhưng nhện đừng buồn vì trong cuộc chiến tốc độ có vẻ như ốc luôn thua.

Điều gì tiếp theo:

Răng của ốc đá dưới kính hiểm vi quét chui hầm [1].
Răng của ốc đá dưới kính hiểm vi điển tử [1].
Độ bền của răng ốc đã trở niềm cảm hứng của các kỹ sư. Điều thú vị ở đây là răng của ốc có độ bền như nhau ở tất cả các kích thước khác nhau. Nói chung với kích thước lớn, các khuyết tật sẽ xuất hiện nhiều hơn và làm đáng kể độ bền của vật liệu, tuy nhiên điều này không đúng với răng ốc.

Ốc đá đã cho thấy tự nhiên thông minh như thế nào, chúng sử dụng các sợi khoáng dưới một kích thước phù hợp, mà làm cho các khoảng trống giữa các sợi khoáng không ảnh hưởng tới độ bền của toàn bộ cấu trúc. Đây sẽ là ý tưởng tuyệt vời cho các kỹ sư trong chế tạo và tìm kiếm vật liệu cho các ứng dụng vỏ xe hơi hay máy bay trong tương lai. Và hãy tưởng tượng bạn được phủ một lớp men răng như loài ốc, bạn sẽ chả khi nào sợ ăn nhầm phải đá nữa.

[1]: Barber AH., Lu D., Pugno NM. 2015 Extreme strength observed in limpet teeth. J. R. Soc. Interface 12: 20141326.

One comment

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s