|
Dẫn nhập
Những cuộc cách mạng kỹ nghệ như những ngọn sóng thần. Khi còn ở ngoài
khơi, nó âm thầm băng trùng dương với bước sóng vừa cao vừa dài không dễ
phát hiện. Chỉ khi đến gần bờ người ta mới thật sự nhận ra sức mạnh long
trời lở đất của nó. Công nghệ nano là ngọn sóng thần kỹ nghệ đương đại
mà những ứng dụng của nó đang dần dần xuất hiện, bùng nổ và sẽ tạo ra
sức va đập mãnh liệt vào cuộc sống của xã hội loài người. Đã có nhiều
chuyên gia kinh tế dự đoán rằng những ảnh hưởng và biến chuyển xã hội
gây ra bởi cách mạng công nghệ nano sẽ làm cho cuộc cách mạng công nghệ
tin học xảy ra trong vòng ba thập niên vừa qua chỉ như một làn gió
thoảng. Bài viết này sẽ nói về nguyên do lực bám của bàn chân thạch sùng và tiềm năng ứng dụng của "mặt dính nano" nhân tạo.
Cấu trúc của bàn chân thạch sùng
Ai cũng biết trong chuyện cổ tích nhân gian, tiền thân con thằn lằn là
một phú hộ có tên Thạch Sùng. Lúc chết đi vì tiếc của nên khi biến thành
thằn lằn, Thạch Sùng vẫn não nuột tặc lưỡi suốt đêm. Tuy nhiên, chuyện
cổ tích của ta không giải thích vì sao thạch sùng có thể đi lộn đầu. Ở
thế giới động vật, thằn lằn có biệt danh là "tay leo trèo siêu hạng",
nhưng trong cuộc sống hằng ngày người ta cũng không màng thắc mắc. Có lẽ
vì ở những xứ nhiệt đới như Việt Nam, thằn lằn tuy đông đúc, nhưng sinh
hoạt về đêm của các cô các chú thạch sùng rất nhẹ nhàng ít gây sự chú ý,
trừ những lúc các cô chú ngang nhiên phóng uế, cái "sản phẩm" vô cùng
hôi hám kia rớt tọt ngay trước mặt hay không may dính vào người, rất ít
khi ta chịu khó ngẩng đầu nhìn lên để quan sát và phân tích khả năng đi
lại đặc biệt này.
|
 |
 |
| Johannes Diderik Van der Waals (1837 -1923), Nobel 1910 |
Kellar Autumn |
Mặc dù cấu tạo bàn chân của các loại thằn lằn được biết rất rõ trong
sinh học và động vật học, nhưng cơ chế bám dính vẫn còn khó nắm bắt. Gần
200 năm qua, đã có 7 cơ chế được đề nghị: bám dính do keo, sức hút
(suction), ma xát, cài vào nhau (interlocking), tĩnh điện, lực mao quản
và lực hút van der Waals [1]. Năm đề nghị đầu tiên không có sức thuyết
phục vì bàn chân không tiết ra chất keo; cấu tạo vi mô không cho thấy
dấu hiệu nào tạo ra sức hút hay lực ma xát; ngón chân không có móc nên
không thể cài vào mặt nền; có thể đi trên các loại mặt bằng có hay không
có tĩnh điện. Như vậy, hai khả năng còn lại là lực mao quản và lực hút
van der Waals.
Tiến sĩ Kellar Autumn (Lewis & Clark College, Mỹ) giải mã được bài toán
thiên nhiên hiểm hóc này. Trong một kỳ nghỉ với gia đình tại Hawaii,
trong phòng một khách sạn ông bỗng nhiên thấy một con nhện thật to xuất
hiện trên trần nhà, khi ông loay hoay tìm cách xử lý vị khách không mời
này thì một chú thạch sùng con lặng lẽ đi tới, hai sinh vật này cùng lộn
đầu giao chiến trên trần nhà. Cuối cùng, thạch sùng loại nhện ra khỏi
vòng chiến, con nhện rớt xuống đất và lủi đi mất... Chiến thắng của
thạch sùng là nhờ có bốn bàn chân "đứng tấn" vững vàng. Là một người có
học vị về toán và sinh học, nhìn tính bám dính của bàn chân thạch sùng
trong trận giao tranh ông chia sẻ nỗi băn khoăn của Aristotle hai ngàn
năm trước. Khi trở lại phòng nghiên cứu, ông bắt đầu tìm hiểu về nguốc
gốc tính bám dính của các ngón chân thằn lằn. Sau một loạt thí nghiệm
dùng các loại mặt thích nước (hydrophilic) và ghét nước (hydrophobic)
[2], ông và các cộng sự viên loại trừ khả năng lực mao quản và xác nhận
rằng sự bám dính của bàn chân thằn lằn là do sức hút van der Waals. Năm
2000, Autumn tuyên bố kết quả nghiên cứu trong một bài báo với tựa đề
"Adhesive force of a single gecko foot-hair" (Lực dính của một sợi lông
bàn chân con thằn lằn) đăng trên tạp chí khoa học nổi tiếng Nature
[3].
Bài báo lập tức mở màn cho nhiều đề án nghiên cứu tương tự liên nghành
vật lý, hóa học, tự động học, robot học, sinh học, động vật học trong
các viện nghiên cứu và đại học trên toàn thế giới. Qua bài báo này lần
đầu tiên ông và các cộng sự viên đã phá tan những luận điểm mơ hồ về cơ
chế bám dính của bàn chân thằn lằn, xác nhận và chứng minh bằng thực
nghiệm sự bám dính là do lực hút van der Waals [1]. Tuy nhiên, giáo sư
Andre Geim (University of Manchester, Anh) vẫn tin rằng ở thứ nguyên
nano lực mao quản cũng có dự phần trong cơ chế bám dính.
Lực hút van der Waals là một lực liên phân tử (intermolecular force).
Trong các phân tử, điện tử thường không phân tán đồng đều gây ra sự phân
cực điện. Nếu ta hình dung phân tử như một hạt gạo thì một đầu mang điện
tích dương, đầu kia điện tích âm (như cục nam châm có hai đầu nam và
bắc). Trong tập hợp nhiều phân tử, đầu dương của phân tử này sẽ hút đầu
âm của phân tử kế cận. Đó là lực van der Waals. Nó chi phối cấu trúc
tinh thể, độ nóng chảy, độ bay hơi và sự ngưng tụ của nhiều hợp chất hóa
học. Trong
cuộc sống hằng ngày, ta ít thấy những thí dụ thể hiện lực hút van der
Waals vì lực rất yếu. Tuy nhiên, nếu ta ép hai mảnh thủy tinh có mặt rất
phẳng vào nhau, ta cần một sức để cạy rời hai mảnh thủy tinh. Sự hút vào
nhau của hai mảnh thủy tinh là biểu hiện của lực van der Waals. Nếu hai
mảnh thủy tinh thật phẳng thì mặt tiếp xúc càng to, lực càng mạnh hơn.
Nhưng trên thực tế chúng ta không có một mặt phẳng nào "cực phẳng" ở một
mức độ lý tưởng. Theo lý thuyết, lực van der Waals tỷ lệ nghịch với
khoảng cách theo lũy thừa 7. Đây là lực có tầm cực ngắn (short range).
Nói một cách dễ hiểu hơn, sự gia giảm của lực hút cực kỳ nhạy với khoảng
cách, nếu ta đặt hai mặt phẳng xa gấp đôi thì lực giảm đi 128 lần (=
2x2x2x2x2x2x2). Sự lồi lõm ở một vài micromét (100 lần nhỏ hơn sợi tóc)
tạo ra kẽ hở giữa hai mặt phẳng cũng đủ làm triệt tiêu lực van der
Waals. Đó là lý do tại sao ta không nhìn thấy lực van der Waals trong
sinh hoạt hằng ngày.
Tạo ra một mặt siêu phẳng là một việc bất khả thi. Nhưng nếu bề mặt được
cải biến thành một bề mặt có cấu trúc sợi nano, diện tích tiếp xúc sẽ
gia tăng hàng triệu hàng tỷ lần. Lực hút van der Waals cũng tăng theo
diện tích tiếp xúc đưa ra khái niệm mới về sự bám dính: sự bám dính khô
(dry adhesion). Ta hãy nhìn lại bàn chân thạch sùng. Hình 2 cho thấy
những sợi lông con với đường kính ở thứ nguyên nano (10 - 15 nm) bám sát
vào bề mặt cực kỳ hiệu quả. Kích thước 10 - 15 nm là chiều dày của 10
đến 15 phân tử. Cái "bám sát cực kỳ hiệu quả" hàm ý một hiện tượng chỉ
xảy ra ở thế giới phân tử. Nhưng "sát" đến bao nhiêu thì mới thấy sự
hiệu quả? Người ta biết lực hút van der Waals chỉ xuất hiện giữa hai vật
thể khi được đặt "sát" ở khoảng cách nanomét. Trong trường hợp bàn chân
thằn lằn, để tạo một lực bám hữu hiệu khoảng cách giữa các sợi lông con
và mặt nền nhiều nhất là 2 nm, tương đương với kích thước của 2 phân tử.
Trên 2 nm, lực van der Waals biến mất.
Hình 2: Cấu trúc với nhiều thứ bậc của sợi lông bàn chân thằn lằn (xem
thêm Hình 1D, E). Sợi lông con rất mềm nên có thể bám sát vào mặt nền
lồi lõm rất hiệu quả [4].
Theo sự tính toán của Autumn, nếu toàn thể 6,5 triệu sợi lông con trên
bốn bàn chân bám vào mặt nền cùng một lúc thì thằn lằn có thể phình ra
to bằng một chú lợn nặng 120 kg nhưng vẫn còn dính trên trần nhà! Bốn
bàn chân tí hon chịu một sức nặng 120 kg phải gọi là "siêu dính". Nếu
một bàn chân có diện tích 1 cm² thì lực dính trung bình là 30 kg/cm².
Mặc dù lực van der Waals yếu hơn các lực khác trong liên kết hóa học
(chemical bonding) như nối cộng hóa trị, nối ion, nhưng vì bề mặt tiếp
xúc của cấu trúc nano trở nên cực lớn nên lực hút van der Waals tạo một
sức chịu đáng kể. Trên thực tế toàn thể các sợi lông con không thể bám
vào mặt nền cùng một lúc. Theo kết quả đo lường của Autumn, hai bàn chân
trước của thằn lằn có thể chịu một sức nặng gần 2 kg
[3]. Một cách chính
xác hơn, diện tích bàn chân là 1 cm² nên lực dính do lực van der Waals
là 1 kg/cm². Kinh nghiệm thường ngày cho biết nếu ta cắt 1 cm² băng keo
văn phòng hay thậm chí dùng keo "super glue" gia dụng, các loại keo này
không thể đạt được sức chịu 1 kg. Mặc dù con số này nhỏ hơn kết quả tính
toán 30 lần (30 kg/cm²), lực dính một ngón chân cũng đủ sức treo thằn
lằn lơ lửng giữa trần nhà. Ngoài ra, động tác giở chân lên đặt chân
xuống của thằn lằn hay chu kỳ từ bám dính đến tách rời (không dính) xảy
ra rất nhanh, 20 lần trong một giây. Nếu toàn thể các sợi lông con bàn
chân bám vào mặt nền cùng lúc, e rằng bàn chân thạch sùng sẽ như đôi ủng
dính bùn, làm sao có thể xoay sở để săn mồi, rượt đuổi? Phải nói cấu
trúc của bàn chân thạch sùng là một sản phẩm tuyệt tác của tạo hóa được
thiết kế để điều hòa sự bám dính và những động tác cơ học đến mức tối
ưu.
Mặt dính nano nhân tạo
Sự khám phá và kết quả nghiên cứu của Autumn không chỉ thỏa mãn sự tò mò
sinh học nhưng còn đặt ra một vấn đề thú vị cho công nghệ tự động điều
khiển học. Bài báo trên tờ Nature của Autumn và các cộng sự viên đã được
trích dẫn rất nhiều lần trong giới nghiên cứu về khoa học bám dính
(adhesion science) vì đây là một khái niệm dính khô hoàn toàn mới lạ,
mang tính đột phá và đưa đến khả năng chế tạo các công cụ dính không
keo, các dụng cụ "thông minh" lúc dính lúc không tùy vào tác động. Sự
bám dính khô do lực hút van der Waals khác bám dính ướt (wet adhesion)
dùng chất keo thông thường. Bám dính ướt có liên quan đến sự tẩm ướt
(wettability), sức căng bề mặt (surface tension) và năng lượng bề mặt
của vật chất. Những vấn đề này ngoài phạm vi của bài viết nhưng đã được
đề cập tỉ mỉ trong các sách giáo khoa.
Đặc tính của bám dính khô vượt ra ngoài những chi phối của định luật về
"khoa hoc bề mặt" (surface science). Nó chỉ tùy thuộc vào hình dạng,
kích thước và thiết kế của cấu trúc bề mặt nano mà trong trường hợp của
bàn chân thằn lằn là hàng triệu những sợi lông con keratin để đạt đến
diện tích tiếp xúc cực đại. Điều này có nghĩa là sợi nano của mặt dính
nhân tạo có thể chế tạo từ bất cứ vật liệu nào miễn sao cho bề mặt tiếp
xúc đạt đến một trị số lớn nhất. Năm 2002, Autumn cùng các đồng nghiệp
là giáo sư Ron Fearing và Robert Full (University of California,
Berkeley, Mỹ) tạo ra một bề mặt với các loại sợi polyester hay silicon.
Polyester là vật liệu polymer dùng làm vải vóc hoặc các loại chai nhựa.
Trên một diện tích 1 cm2, Autumn, Fearing và Full tạo một bề mặt với 200
triệu sợi nano polyester có đường kính 700 nm (nhỏ hơn sợi tóc 100 lần)
(Hình 1F). Mặc dù to hơn sợi lông con của bàn chân thằn lằn (10 -15 nm),
cấu trúc nầy vẫn tạo ra một lực bám dính là 6 kg/cm2 nếu tất cả 200
triệu sợi đồng thời tác động lên mặt nền.
Năm 2003, Geim và các cộng sự viên chế tạo mặt dính với sợi polyimide
(thương hiệu: Kapton) (Hình 3) [5]. Sợi có chiều dài 200 µm và đường
kính 0,2 µm (= 200 nm). Ông dồn 100 triệu sợi trên một diện tích 1 cm2.
Mặt dính này có thể chịu một sức là 1 kg. Sau đó, ông dùng 0,5 cm2 mặt
dính để treo lơ lửng đồ chơi "Spiderman" nặng 40 g vào mặt thủy tinh
(Hình 4). Tiếc rằng sau năm lần bám dính/ tách rời, mặt dính mất hiệu
năng. Geim cho rằng nguyên nhân chính là do tính thích nước của
polyimide. Polyimide hút nước trên mặt thủy tính làm giảm tính "bám sát"
trên bề mặt và sau đó các sợi polyimide lại quyện vào nhau như mái tóc
bị thấm nước làm mất đi bản chất nano của mặt dính. Sự thất bại của tính
bền khiến Geim phải kiểm điểm lại lý tính của keratin làm nên các sợi
lông bàn chân thằn lằn và ông nhận ra rằng keratin là một vật liệu sinh
học ghét nước. Ông cũng nhìn nhận mặt dính của Autumn, Full và Fearing
bền hơn vì polyester và silicon là các vật liệu ghét nước giống như
keratin. Vì vậy, mặc dù trong việc thiết kế mặt dính không tùy vào bản
chất vật liệu, nhưng để mặt dính có tính bền lâu dài hóa tính và lý tính
của vật liệu phải tương tự với keratin.
Hình 3: Mặt dính nhân tạo polyimide của Geim. Sợi có chiều dài 200 µm và
đường kính 0,2 µm (= 200 nm) [5].
Hình 4: Spiderman (người nhện) nặng 40 g bám vào mặt thủy tinh với mặt
dính nhân tạo polyimide của Geim [5]
Gần đây, ống than nano cũng là một vật liệu thông dụng để tạo nên mặt
dính không keo. Trong quá trình chế tạo ống than nano trong lò nung cao
nhiệt (~1000 °C), các ống than có thể "mọc" thẳng đứng như một thân cây
dài (đường kính ống khoảng 50 - 100 nm) dày đặt nhưng một khu rừng nhiệt
đới (tương tự như Hình 1F). Nhóm của giáo sư Liming Dai (University of
Dalton, Mỹ) đã tạo được bề mặt ống than nano và 1 cm2 của bề mặt nầy có
thể chịu một sức kéo gần 3 kg (3 kg/cm2) vượt hơn khả năng của bàn chân
thằn lằn là 1 kg/cm2 [6].
Khác với các loại băng keo văn phòng, vì cấu trúc sợi nano của bàn chân
thằn lằn khi hai mặt bàn chân chập vào nhau, hiện tượng bám dính không
xảy ra. Lý do là vì không có bề mặt tiếp xúc nên các sợi nano không bám
được vào nhau. Điều này xem chừng như là một nghịch lý vì bàn chân thằn
lằn vừa có thể bám, vừa không thể bám. Theo thường thức nếu không bảo
quản kỷ lưỡng, băng keo có thể bám bụi làm giảm hiệu năng. Nhưng bàn
chân thằn lằn thì không. Điều này có thể giải thích bằng hai lý do. Một
mặt, chất keratin làm ra sợi lông bàn chân thằn lằn là một vật liệu sinh
học ghét nước. Mặt khác, các sợi nano làm nên cấu trúc nano biến toàn
thể bàn chân thành mặt ghét nước giống như lá sen. Đây là hiệu ứng lá
sen (lotus effect). "Nước đổ lá sen (môn)" hay "Nước đổ đầu vịt" là
những thành ngữ quen thuộc nói tới sự không biết nghe lời, phục thiện
của những cái đầu bướng bĩnh hay những chế độ có các ông quan mặt dày.
Nhưng "lá sen" hay "đầu vịt" lại là những cấu trúc nano đặc biệt cho
việc "tự làm sạch" (self-cleaning) cho các loại bề mặt trong đó có bàn
chân thạch sùng. Hiệu ứng này giúp thằn lằn bám dính/tách rời
(attachment/ detachment) hằng triệu lần trong suốt cuộc đời của mình mà
bàn chân không mảy may bám chút bụi trần lúc nào cũng nguyên vẹn như vừa
được "bóc tem"! Hiệu ứng lá sen sẽ được đề cập trong một bài viết khác.
Bàn chân "lông lá" không phải chỉ có ở thằn lằn. Sau bài báo cáo khoa
học đăng trên Nature của Autumn và cộng sự viên [3], bàn chân của các
loại côn trùng có khả năng leo tường, bám trần như bọ hung, ruồi,
nhện... và người "anh em" với thằn lằn là kỳ nhông được khám nghiệm dưới
góc nhìn của vật lý nano. Dưới kính hiển vi, người ta nhận diện những
sợi lông ở kích thước nano dù khác nhau về hình dạng, mật độ tùy theo
loại côn trùng, động vật, nhưng cơ chế bám dính chủ yếu vẫn là lực van
der Waals. Mật độ các sợi lông bàn chân dày đặc ở những động vật to như
thằn lằn, kỳ nhông nhưng thưa hơn ở côn trùng. Chẳng qua, thiết kế của
thiên nhiên lúc nào cũng tối ưu và hợp lý, không thừa không thiếu. Mật
độ các sợi lông gia tăng theo trọng lượng vật để tạo một sức chịu tương
đương.
Nhằm tạo ra sản phẩm có những ứng dụng thực tiễn cho chân robot hay các
dụng cụ dính không keo, ngoài việc mô phỏng cấu trúc nano phức tạp các
nhà khoa học quan sát và phân tích từng động tác và cơ chế bám dính/tách
rời của bàn chân thằn lằn một cách tỉ mỉ. Với các loại keo gia dụng
(pressure-sensitive adhesive), ta cần một áp lực để ép sát hai bề mặt để
gia tăng lực dính. Thằn lằn không dùng sức để làm việc này. Chúng chỉ
đặt nhẹ bàn chân lên rồi khẽ kéo các ngón chân song song với mặt nền để
cho các sợi lông con dễ tiếp giáp lên bề mặt. Lực hút van der Waals sẽ
tác động vào bàn chân. Khi muốn giơ chân lên, các ngón chân cong lại đến
một góc độ thích hợp kéo các sợi lông con rời khỏi mặt nền làm triệt
tiêu lực van der Waals. Tất cả những động tác xảy ra trong một chu kỳ 50
mili giây (20 lần/giây).
Mô phỏng các động tác này quả là khó khăn. Tuy nhiên, điều này không làm
chùn bước tiến sĩ Kimberly Turner (University of California, Santa
Barbara, Mỹ). Năm 2007, Turner đã "trồng" được các sợi nano polymer trên
mặt kim loại kền. Sau đó dùng từ lực làm di động lên xuống mặt kim loại
này để các sợi nano polymer tiếp giáp hoặc rời xa mặt nền tạo ra chu kỳ
bám dính/tách rời. Turner đã thí nghiệm thành công nhưng vẫn chưa đạt
đến con số 20 lần/giây. Nhóm nghiên cứu của giáo sư Roger Quinn (Case
Weatern Reserve University, Mỹ) đi xa hơn một bước là chế tạo ra một
robot biết leo tường và bám trần nhà. Robot của ông và các cộng sự viên
thật ra là một cái hộp nặng 87 g, chứa mô-tô nhỏ được điều khiển từ xa
để quay bốn cái "chân" [7]. Mỗi chân là do bốn cái nan tạo thành. "Mặt
dính thạch sùng" được gắn vào trên mỗi cái nan và con robot sẽ leo tường
và đi trên trần nhà bằng những bước đi "lạch bạch".
Từ bài báo cáo của nhóm Autumn trong tạp chí Nature cho đến mặt dính di
động của Turner và con robot của Quinn chỉ cần vài năm. Lực van der
Waals trên bàn chân thạch sùng là một ẩn tàng của thiên nhiên như một
thứ "rượu cũ" trong cái "bình cũ". Cũ là vì lực van der Waals hiện hữu
từ khi vũ trụ xuất hiện và bàn chân thạch sùng không ngừng tiến hóa hàng
triệu năm từ khi sinh vật có mặt trên quả địa cầu. Nhưng hai cái "cũ"
này khơi dậy không ít niềm đam mê của các nhà khoa học, nhanh chóng đẩy
mạnh sự tiến bộ của bộ môn nghiên cứu về "mặt dính nano không keo". Tuy
nhiên, họ sẽ phải cần một thời gian rất dài để tạo ra một con robot có
khả năng như "tay leo trèo siêu hạng" thạch sùng. Nhìn lại cấu trúc của
bàn chân thằn lằn, ta thấy có thứ bậc cấu tạo (structural hierachy) rõ
rệt, từ những lá mỏng vắt ngang ngón chân đến các cụm lông, đến sợi lông
chính rồi tủa ra những sợi lông con (Hình 1). Trong quá trình bám
dính/tách rời, mặt nền tác động lên những sợi lông con, rồi đến sợi lông
chính, đến các cụm lông, đến mặt ngón chân, đến ngón chân... Những tác
động dây chuyền này của những thành viên trong cấu tạo có thứ bậc di
chuyển từ cấp độ vi mô đến cấp độ vĩ mô một cách liên tục, trơn tru và
hài hòa. Đó là lý do chính tại sao thằn lằn có thể bám/rời bề mặt 20
lần/giây. Trong khi đó "mặt dính thạch sùng" nhân tạo chỉ có hai thứ
bậc: các sợi nano được hình thành trên mặt đệm dẻo. Hiển nhiên, cái cấu
trúc nhân tạo này vẫn còn quá thô thiển so với cấu trúc hài hòa của
thiên nhiên.
Tiềm năng ứng dụng
Những kết quả thực nghiệm của bàn chân thằn lằn không chỉ ngừng ở việc
nghiên cứu hàn lâm. Trong báo cáo phát minh năm 2004, Autumn, Full và
Fearing đưa ra những khả năng ứng dụng của "chất dính không keo" hay là
"mặt dính thạch sùng" mà các ông cho là gần như vô hạn, bao gồm nhiều
lĩnh vực từ y khoa, điện tử, chân robot, đến dụng cụ thể thao và đồ chơi
trẻ con. Trong một tương lai gần, người ta có thể chế tạo những cây hút
bụi tí hon trang bị với "mặt dính thạch sùng" để nhặt những hạt bụi
miromét trên các chip vi tính; hoặc những dụng cụ để sắp xếp và điều
chỉnh các bộ phận của hệ thống điện cơ vi mô (micro-electromechanical
system, MEMS). Một sản phẩm mang tính "cách mạng" phát xuất từ một cấu
trúc nano được thành hình qua sự mô phỏng thiên nhiên cần thời gian để
thay đổi tư duy của khách hàng, để tìm thị trường và tiếp thị. "Mặt
dính" có thể thay thế băng keo và các loại keo nước. Thị trường này rất
lớn nhưng doanh thu có thể rất nhỏ vì với đặc tính dùng lại nhiều lần
của "mặt dính", có ai muốn trở lại mua cho những lần kế tiếp?
Lời kết
Câu chuyện về bàn chân thạch sùng chỉ là một trong nhiều thí dụ về cấu
trúc nano có những hiệu ứng cực kỳ thú vị và không lường trước được. Vì
không thể lường trước nên con người phải đợi hơn 2000 năm để giải toả
cái băn khoăn Aristotle và 200 năm để làm sáng tỏ cơ chế bám dính không
keo. Bàn chân thạch sùng cũng cho ta thấy khi vật chất bị thu nhỏ đến
vài triệu, vài tỷ lần thì một đặc tính hay hiệu ứng nào đó sẽ lộ diện
với số lần phóng đại tương đương. Sẽ còn hàng trăm hàng ngàn hay nhiều
hơn nữa những cấu trúc nano trong thiên nhiên hiện hữu như một thách đố,
ẩn tàng đâu đó để con người phát hiện và mô phỏng. Tiếc rằng, từ khi sự
sống xuất hiện trên quả đất hàng triệu năm qua, vạn vật sinh sôi nảy nở
rồi cuối cùng đi đến sự tuyệt diệt, đã mang theo nhiều bí ẩn chôn vùi
theo một thời thái cổ xa xăm. Nhưng có một điều khiến ta phải suy ngẫm
là dù cấu trúc nano của vạn vật có thiên hình vạn trạng tạo ra muôn vàn
chức năng kỳ thú, dù tồn tại hay biến mất theo thời gian, chúng không
thể vượt qua ngoài phạm vi của các định luật vật lý chi phối từ vật nhỏ
nhất đến vật to nhất, hữu cơ hay vô cơ, ngay từ những giây phút đầu khi
vũ trụ khai sinh.
26 March 2008
© Copyright Trương Văn Tân
Ghi chú và tài liệu tham khảo
1. K. Autumn, MRS Bulletin, 32 (June 2007) 473.
2. Một thí dụ vật liệu thích nước là thủy tinh và ghét nước là cái chảo
rán có phủ lớp Teflon. Trên mặt thủy tinh, vì "thích" nước nên nước có
khuynh hướng dính trên mặt. Ngược lại, Teflon "ghét" nước khiến nước co
lại thành những hạt tròn lăn trên mặt Teflon.
3. K. Autumn, Y. A. Liang, S. T. Hsieh, W. Zesch, W. P. Chan, T. W.
Kenny, R. Fearing and R. J. Full, Nature, 405 (2000) 681.
4. B. N. J. Persson, MRS Bulletin, 32 (June 2007) 486.
5. A. K. Geim, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva, K. S. Novoselov, A. A.
Zhukov and S. Y. Shapoval, Nature Materials, 2 (2003) 461.
6. L. Qu and L. Dai, Adv. Mater., 19 (2007) 3844.
7. K. A. Daltorio, S. Gorb, A. Peressadko, A. D. Horchler, T. E. Wei, R.
E. Ritzman and R. D. Quinn, MRS Bulletin, 32 (June 2007) 504.