Sự phát triển mới này cuối cùng có thể là chìa khóa cho thang máy vũ trụ

Dec 05 2015
Các nhà khoa học đã phát hiện ra cách sản xuất những chuỗi kim cương cực nhỏ. Vật liệu siêu bền này có thể giúp xây dựng một thang máy cao 12,5 dặm vào không gian.
Bản vẽ của một nghệ sĩ về thang máy không gian gắn với cấu trúc sợi nano. Hình ảnh Victor Habbick Visions / Getty

Trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu đã đạt được những bước tiến lớn trong việc chế tạo vật liệu mới từ những bộ phận thực sự rất nhỏ - và dù rất nhỏ, chúng ta đang nói về những thứ được đo bằng nanomet, một đơn vị nhỏ đến mức có lẽ hầu hết chúng ta cũng khó hình dung ra. 

Nếu bạn muốn thử hình dung kích thước nano , hãy xem xét rằng một sợi DNA trong một trong các tế bào của bạn có đường kính khoảng 2,5 nanomet và một tờ giấy có độ dày 100.000 nanomet. Giá trị của những cấu trúc nhỏ như vậy là gì? Thứ nhất, có thể tạo ra các vật liệu nano cực kỳ mạnh nhưng cũng nhẹ và trang bị cho chúng các đặc tính khác, chẳng hạn như khả năng dẫn điện.

Được rồi, vì vậy có lẽ điều đó nghe không đủ ấn tượng. Hãy thử điều này, thì: Bây giờ trông như thể nó có thể có thể tạo ra chủ đề thực sự, những viên kim cương thực sự nhỏ có đủ mạnh để hỗ trợ một thang máy khổng lồ trải dài hàng dặm tất cả các con đường lên vào không gian.

Triển vọng đó đã được nâng lên nhờ khám phá gần đây của các nhà nghiên cứu Đại học Penn State về cách tạo ra các sợi nano kim cương siêu mỏng , có thể trở thành vật liệu nhân tạo mạnh nhất từng được tạo ra.

Nhóm nghiên cứu đã tạo ra một dải nguyên tử carbon dài, mảnh, được sắp xếp theo cùng kiểu với đơn vị cơ bản của cấu trúc kim cương - các vòng "xyclohexan" zig-zag gồm sáu nguyên tử carbon liên kết với nhau, trong đó mỗi carbon được bao quanh bởi những cái khác trong hình tứ diện. Nếu điều đó nghe có vẻ quá phức tạp, hãy hình dung sợi nano như một chiếc vòng cổ được xâu lại với nhau từ những viên kim cương nhỏ nhất có thể - được làm từ những thứ cực kỳ cứng và chắc.

Giáo sư hóa học John Badding của Penn State , một trong những tác giả của nghiên cứu cho biết: “Nó có khả năng nằm trong số những vật liệu mạnh nhất, nếu không muốn nói là mạnh nhất từng được biết đến .

Badding nói, nếu các nhà nghiên cứu có thể tạo ra một sợi nano kim cương hoàn hảo không có khuyết tật, nó có thể phù hợp hoặc vượt quá chất lượng của  ống nano carbon sp2 , được hình thành bằng cách cuộn một tấm sợi nano vào một ống, cho đến thời điểm này là vật liệu nhân tạo mạnh nhất được tạo ra.

Hình vẽ một ống nano carbon.

Tất nhiên, nếu bạn đang cố gắng cho mọi người thấy một thứ gì đó siêu mạnh đến mức nào, thì việc có một ví dụ về điều gì đó bạn có thể làm với nó sẽ rất hữu ích. (Bạn biết đấy, giống như quảng cáo Crazy Glue cũ cho thấy một anh chàng trong chiếc xe hơi cứng, người dán mình vào một cái dầm thép và sau đó treo lủng lẳng trên đó.)

Lên trên bầu khí quyển

Khi bị thúc ép, Badding nghĩ đến ý tưởng sử dụng các sợi nano kim cương để xây dựng thang máy không gian - một khái niệm trong đó một dây cáp gắn với Trái đất ở một đầu và một vệ tinh đứng yên ở đầu kia sẽ cho phép con người, thiết bị và hàng hóa khác bay vào vũ trụ . Đó là ý tưởng được nhà khoa học vũ trụ người Nga Konstantin E. Tsiolkovsky hình dung lần đầu tiên vào năm 1895 và được tác giả khoa học viễn tưởng Arthur C. Clarke phổ biến trong cuốn tiểu thuyết năm 1979 "The Fountains of Paradise".

Thang máy vũ trụ có thể giúp việc di chuyển đến và đi từ không gian trở nên rẻ hơn, an toàn hơn và ít căng thẳng hơn so với ngày nay. Nhưng theo một ước tính, việc xây dựng một cái sẽ tiêu tốn tới 100 tỷ đô la. Và bạn cần phải làm nó từ những thứ đủ mạnh để chịu được lực khủng khiếp mà một cấu trúc như vậy sẽ phải chịu.

Phát triển thương mại

Trong khi Badding nhấn mạnh rằng sự phát triển của các sợi nano kim cương đang ở giai đoạn đầu, một công ty Canada gần đây đã được cấp bằng sáng chế của Hoa Kỳ cho thiết kế thang máy không gian cao 12,4 dặm dường như khá hứng thú với việc xem xét vật liệu mới. (Xem video bên dưới.)

Giám đốc công nghệ Brendan Quine của Thoth Technology cho biết: “Nếu trong sản xuất thương mại, độ bền của sợi chỉ cao hơn đáng kể so với sợi Kevlar, thì chúng tôi có thể còn vươn cao hơn nữa”.

Quine nói rằng các sợi nano kim cương có thể được sử dụng để củng cố các phần tử khí nén của cấu trúc thang máy vũ trụ được đề xuất. Ông nói thêm: “Chúng tôi sẽ cần chúng với số lượng lớn. "Cấu trúc của chúng tôi có khối lượng tương tự như khối lượng của các tàu siêu nổi lớn nhất thế giới được sử dụng để vận chuyển dầu đi khắp thế giới."

Bây giờ điều đó thật thú vị

Badding nói rằng bằng cách nghiên cứu thành phần hóa học của các sợi nano kim cương, có thể tạo ra những vật liệu tuyệt vời hơn nữa. Ông nói: “Ví dụ, chúng có thể có các đặc tính điện tử thú vị.