Sức bền vật liệu là gì? Top 5 những vật liệu bền nhất thế giới 

Các kiến thức về sức bền vật liệu không thể thiếu nếu bạn làm việc trong ngành thiết kế cơ khí. Sức bền vật liệu cho biết độ bền, độ cứng hay độ ổn định của một vật liệu để tránh sự hỏng hóc trong quá trình sử dụng. Sau đây, chúng tôi sẽ giải thích sức bền vật liệu là gì? Top các vật liệu bền nhất thế giới hiện nay. Cùng đón xem nhé!

Sức bền vật liệu là gì?

Sức bền vật liệu là chỉ số đánh giá khả năng chịu tải (hay là lực tác động cơ học) của vật liệu. Chỉ số này được đánh giá dựa trên số liệu thực nghiệm sử dụng các phương pháp, các nguyên tắc chung. Phương án thực nghiệm được xây dựng dựa trên các trường hợp giả thiết có thể tác động cơ học lên vật liệu trong môi trường làm việc. Các tiêu chí đánh giá sức bền dựa trên: độ bền, độ cứng, độ ổn định của vật liệu trong điều kiện tác động cơ học giả thiết.

Hiện nay, chúng ta phát triển sức bền vật liệu thành một môn khoa học thực nghiệm nhằm đánh giá, thống kê chính xác nhất các loại vật liệu. Bộ môn này còn trở thành môn học chuyên ngành đối với các ngành liên quan.

Đối tượng thực nghiệm để đánh giá sức bền chính là các loại vật liệu. Cùng một vật liệu nhưng có hình dáng khác nhau trong điều kiện tác động cơ học như nhau cũng có sự thay đổi về kết quả. Vì vậy, bên cạnh đánh giá về kết cấu vật liệu, người ta cũng nghiên cứu trên kích thước hình học của vật liệu. Kích thước hình học gồm 3 dạng: thanh – tấm, vỏ – khối; và dựa theo hình thái vật liệu sản xuất các chi tiết máy – công trình cần sử dụng trong thực tế.

Các giả thiết quan trọng trong sức bền vật liệu

• Chuyển vị và góc xoay của kết cấu có thay đổi tỉ lệ với lực cơ học tác dụng
• Ngưỡng lực tác dụng khiến kết cấu vật liệu xảy ra biến dạng nhỏ (biến dạng không làm thay đổi hình thái hình học của kết cấu).
• Thực nghiệm vật liệu được giả thiết là liên tục (hai điểm vật chất cạnh nhau vẫn giữ vị trí khi biến dạng), đồng nhất (cơ tính mọi điểm trên cấu là như nhau), đẳng hướng (tính chất vật liệu không phụ thuộc vào hướng tác động)
• Thực nghiệm vật liệu làm việc trong miền đàn hồi.

Top 5 những vật liệu bền nhất thế giới

Graphene 3D

Đầu tiên không thể bỏ qua Graphene 3D – vật liệu 2 chiều đầu tiên được con người biết bến siêu mỏng nhưng có độ bền cực tốt. Theo nghiên cứu được đăng từ tạp chí Science Advances, Graphene có cấu trúc 3D được phát triển thành công từ năm 2017 dưới dạng xốp, cấu hình giống miếng bọt biển với tỷ trọng chỉ bằng 5% thép nhưng độ cứng gấp 10 lần thép. 

Một số ứng dụng điển hình của Graphene 3D có thể kể đến như: lưu trữ năng lượng và pin mặt trời với nhiệm vụ tạo ra siêu tụ điện giúp cải thiện dung lượng lưu trữ và tốc độ sạc. Làm sạch nước, lọc nước, cảm biến sinh học sử dụng trong y sinh trị liệu bằng tế bào gốc…

Microlattice

Thứ hai là Microlattice – loại vật liệu siêu nhẹ, được xếp vào danh sách vật liệu nhẹ nhất thế giới. Với kết cấu từ ống photpho có mật độ thấp 0.9 mg/cm3 và được phát triển từ các nhà khoa học ở phòng thí nghiệm HRL Laboratories phối hợp với Trung tâm vật liệu tổng hợp thuộc Đại học California, Irvine và Caltech.

Theo nghiên cứu, Microlattice mỏng hơn 1000 lần sợi tóc, cấu trúc rỗng chứa đến 99,99% không khí và chỉ có 0,01 % chất rắn. Thí nghiệm điển hình chứng minh cho trọng lượng siêu nhẹ là khi đặt Microlattice lên đỉnh bông hoa bồ công anh không xảy ra bất cứ dao động nào. Ngoài ra, Microlattice còn có khả năng phục hồi nhờ độ đàn hồi với hiệu suất lên đến 98%.

Về đặc tính, Microlattice có thể hấp thụ âm thanh, chống sốc, chống rung nên được ứng dụng trong sản xuất pin, làm mát không khí trong các thiết bị máy tính, điện tử; chống sốc cho các sản phẩm kỹ thuật số; làm giảm trọng lượng trong chế tạo máy bay, ô tô…

Aerographite

Tiếp đến là Aerographite – vật liệu có cấu trúc nhẹ nhất với kết cấu gồm một mạng lưới xốp có kết nối với carbon hình ống. Tỷ trọng 0,18 mg/cm3 có thể sử dụng trên các điện cực của pin Lithium ion để giảm trọng lượng. Theo công bố trên tạp chí khoa học Science 2012, các nhà nghiên cứu của Đại học Kiel và Hamburg Đức đã nghiên cứu và sản xuất thành công Aerographite có trọng lượng nhẹ gấp 75 lần so với Styrofoam.

>>Xem thêm: Vật liệu đen nhất thế giới – Vantablack

Quan sát bên ngoài, Aerographite sẽ có màu đen với đặc tính dẫn điện, dễ uốn dẻo, dễ đục, chịu nén tốt, chịu được độ rung cao nhưng không có khả năng kéo căng. Dựa trên chỉ số sức bền vật liệu thò Aerographite phù hợp ứng dụng để chế tạo pin siêu nhẹ, sản xuất các thiết bị điện tử dành riêng cho lĩnh vực hàng không, vệ tinh.

Carbyne 

Carbyne là một trong những loại vật liệu bền nhất thế giới được cấu thành từ cacbon dạng chuỗi một chiều. Hiểu đơn giản các nguyên tử cacbon sẽ được sắp xếp và liên kết theo một chuỗi theo liên kết đơn và ba hoặc liên kết đôi kéo dài liên tục. Carbyne được các chuyên gia tại Đại học Vienna phát triển từ năm 2016.

Theo nghiên cứu, Carbyne mạnh gấp đôi so với ống nano carbon, độ cứng gấp 40 lần kim cương và gấp đôi so với Graphene. Tuy nhiên Carbyne lại rất mềm dẻo giống như một sợi DNA và có tính phản ứng cực kỳ cao. Đây chính là lý do Carbyne rất khó giữ được ở trạng thái ổn định.

Aerography Ene

Aerography Ene hay còn gọi là Graphene aerogel là vật liệu nhẹ nhất tồn tại ở dạng chất rắn có khả năng uốn dẻo, dẫn điện, chịu nén và thấm hút tốt. Trọng lượng của Aerography Ene nhẹ hơn gấp 7,5 lần so với không khí, 1 mét khối graphene aerogel cũng chỉ nặng chưa đầy 160 gram.

So với aerographite, vật liệu này còn nhẹ hơn tới 12% nhưng trong thực tế những sản phẩm được chế tạo từ Aerography Ene có thể chịu được một vật khác có trọng lượng gấp 500 đến 4.000 lần trọng lượng của nó. Chỉ với 1 gram aerogel đã đủ hấp thụ một số loại nguyên vật liệu có trọng lượng gấp tới 900 lần. Do đó khi sản xuất cần phải đóng băng lớp graphene và xếp chúng thành một cấu trúc 3 chiều.

Kết luận

Bài viết trên đây Tuấn Hưng Phát đã tổng hợp và giới thiệu về sức bền vật liệu và top 5 vật liệu bền nhất thế giới được ứng dụng rộng rãi hiện nay. Hy vọng sẽ cung cấp được nhiều thông tin, kiến thức hữu ích cho bạn đọc. Ngoài ra nếu vẫn còn thắc mắc hoặc câu hỏi khác hãy để lại bình luận phía dưới bài viết, chúng tôi sẽ phản hồi trong thời gian sớm nhất.

Q/C: Tuấn Hưng Phát cung cấp các thiết bị van – vật tư đường ống – phụ kiện đường ống chính hãng, đầy đủ giấy tờ CO, CQ. Đơn Vị sở hữu kho hàng 1,2 nghìn mét vuông, có thể đảm bảo chủ động về nguồn hàng có sẵn trong nước đáp ứng được hầu hết nhu cầu của thị trường trong nước. Một số sản phẩm mũi nhọn được lập kế hoạch lưu trữ hàng hóa: Van bướm, giá van bi điều khiển điện , van cổng, van 1 chiều, van cầu…; các thiết bị đo lường như đồng hồ nước, đồng hồ áp suất, đồng hồ nhiệt độ,…; các thiết bị phụ kiện đường ống: tê, cút, kép, khớp nối mềm chống rung, mặt bích,… Quý Vị có nhu cầu vui lòng liên hệ Hotline để nhận hỗ trợ tư vấn.