Mặc dù có thể bạn chưa biết, nhưng thế giới hiện đại có rất nhiều lý do để biết ơn các cenosphere (tầng không gian khép kín).
Ít người biết đến sự tồn tại của chúng, thậm chí còn ít người hơn biết chúng đến từ đâu. Mặc dù chỉ cần lướt nhanh qua Wikipedia, nguồn thông tin đáng tin cậy nhất, sẽ cho người không biết biết rằng, “Quả cầu rỗng (cenosphere) là một quả cầu rỗng, nhẹ, trơ, được cấu tạo chủ yếu từ silica và alumina và chứa đầy không khí hoặc khí trơ, thường được tạo ra như một sản phẩm phụ của quá trình đốt than tại các nhà máy nhiệt điện. Màu sắc của quả cầu rỗng thay đổi từ xám đến gần như trắng và mật độ của chúng khoảng 0,4–0,8 g/cm3 (0,014–0,029 lb/cu in), điều này giúp chúng có sức nổi rất lớn.”
Tuy nhiên, điều đó vẫn chưa thể diễn tả hết vẻ đẹp thực sự của những quả cầu tro bay nhỏ bé nhưng mạnh mẽ này. Bởi sức mạnh thực sự của chúng nằm ở sự đa dạng trong ứng dụng. Như tạp chí công nghiệp Pháp, Industrie & Technologies, đã nêu: “Do mật độ thấp, kích thước nhỏ, hình cầu, độ bền cơ học, nhiệt độ nóng chảy cao, tính trơ hóa học, tính chất cách điện và độ xốp thấp, các vi cầu [còn được gọi là cenosphere] được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Đặc biệt, [chúng rất lý tưởng] để gia cường vật liệu hoặc tạo ra các đặc tính chống ăn mòn, hoặc cách nhiệt và cách âm cho lớp phủ hoặc sơn. Chúng có thể được mô tả là chất độn đa chức năng và tích hợp tốt trong nhựa và chất kết dính như nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn.”
Các hạt cầu rỗng trong sơn và chất phủ
Nhờ những đặc tính bổ sung mà các hạt cầu rỗng (cenosphere) mang lại, chúng có rất nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp sơn và chất phủ công nghiệp. Ví dụ, các hạt cầu rỗng thường được sử dụng trong các lớp phủ để kiểm soát bức xạ hồng ngoại, mang lại lợi thế cho các lớp phủ này so với những lớp phủ chỉ đơn thuần cố gắng hạn chế độ dẫn nhiệt.
Trong khi đó, các chuyên gia về lớp phủ tại Petra Buildcare Products giải thích cách các hạt cầu rỗng “… cải thiện chất lượng sơn bằng cách tăng thể tích và mật độ của sản phẩm. Sau khi thi công trên tường, các hạt gốm có xu hướng co lại, tạo thành một lớp màng dày đặc trên tường.”
Các cầu rỗng trong bọt tổng hợp
Các hạt cầu rỗng thường được sử dụng để sản xuất "bọt tổng hợp". Đây là những chất rắn chuyên dụng sử dụng các hạt cầu rỗng làm chất độn để mang lại nhiều ưu điểm, từ chi phí thấp hơn, đến độ bền cao hơn, khả năng cách âm, khả năng nổi và khả năng cách nhiệt.
Các chuyên gia tại Engineered Syntactic Systems mô tả bọt tổng hợp như sau:
“Phần ‘tổng hợp’ đề cập đến cấu trúc có trật tự được tạo ra bởi các quả cầu rỗng. Thuật ngữ ‘bọt’ liên quan đến bản chất dạng tế bào của vật liệu. Nhờ các đặc tính độc đáo về độ bền cao ở mật độ thấp, bọt tổng hợp đã được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng nổi dưới biển. Vật liệu tổng hợp có khả năng chống lại tác động kết hợp của áp suất thủy tĩnh và tiếp xúc lâu dài, điều này làm cho chúng trở nên lý tưởng cho các dự án hàng hải như phao cáp và phao cứng, cũng như giá đỡ thiết bị đo đạc. Chúng cũng cung cấp độ bền và tính toàn vẹn cấu trúc với trọng lượng trên mỗi thể tích thấp hơn đáng kể so với hầu hết các vật liệu truyền thống, điều này làm cho chúng trở thành lựa chọn hấp dẫn trong nhiều ứng dụng quốc phòng và kỹ thuật dân dụng.”
Các hạt cầu rỗng trong quá trình khoan dầu khí
Để chứng minh tầm quan trọng chưa được biết đến của các cenosphere, bạn chỉ cần nhìn vào vai trò thiết yếu của chúng trong ngành công nghiệp dầu khí. Bởi vì trong khi mọi người đều biết tầm quan trọng của dầu mỏ trong thế giới hiện đại, thì ít ai biết rằng, như tạp chí công nghiệp Pháp, Industrie & Technologies, đã nêu, “…các cenosphere đã được sử dụng trong nhiều năm trong lĩnh vực khoan dầu để giảm mật độ của hỗn hợp xi măng dầu khí mà không làm tăng hàm lượng nước.”
Các hạt cầu rỗng trong nhựa và polyme
Các hạt cầu rỗng cũng được sử dụng trong sản xuất chất dẻo và polyme, vì khả năng định hình lại hoặc độ bền của chúng giúp tránh hiện tượng co ngót trong chất dẻo nhiệt và chất dẻo nhiệt rắn.
Chúng cũng đang được sử dụng trong các vật liệu composite hiện đại trong ngành công nghiệp ô tô. Ví dụ, chiếc Chevrolet Corvette 2016 chứa một “hợp chất đúc tấm trong đó các vi cầu thủy tinh thay thế chất độn canxi cacbonat và giúp giảm 9kg trọng lượng của mẫu xe thể thao Stingray Coupe”. Phó Chủ tịch của nhà sản xuất, Continental Structural Plastics Inc., Probir Guha, giải thích lý do đưa các vi cầu thủy tinh vào vật liệu composite, cho biết rằng, “công thức SMC điển hình cho loại ứng dụng xe này bao gồm 20% theo thể tích cốt sợi thủy tinh, 35% nhựa và 45% chất độn, thường là canxi cacbonat”, đồng thời nói thêm rằng, “Hợp chất đúc tấm (SMC) mới này có giá thành cạnh tranh với nhôm”.
Các hạt cầu rỗng trong bê tông
Trong nhiều năm, các hạt cầu rỗng (cenospheres) đã là một chất phụ gia hữu ích cho bê tông, giúp tăng cường độ bền và/hoặc khả năng cách âm, đồng thời giảm mật độ. Jeff Girard, Chủ tịch của Viện Mặt bàn Bê tông (The Concrete Countertop Institute), giải thích những ưu điểm này, nói rằng: “Về lý thuyết, các hạt cầu rỗng có thể thay thế một phần cát thông thường được sử dụng trong bê tông. Các hạt cầu rỗng có mật độ thấp hơn nước (trung bình 0,7 so với 1,0 của nước); các hạt cát thạch anh thường có mật độ khoảng 2,65. Điều này có nghĩa là 1 pound hạt cầu rỗng chiếm cùng một thể tích tuyệt đối với khoảng 3,8 pound cát.”
Tạp chí Industrie & Technologies cũng nêu rõ việc sử dụng các hạt cầu rỗng (cenosphere) như một phương pháp giảm ô nhiễm tiếng ồn, cho biết rằng, “[Các hạt cầu rỗng được sử dụng] trong vật liệu xây dựng để làm nhẹ bê tông, đồng thời duy trì cường độ nén 30 MPa ở mật độ 1,6 tấn/m³, cải thiện độ kín và giảm truyền âm. Ví dụ, Trung tâm Khoa học và Kỹ thuật Ứng dụng Công nghệ Nano St. Petersburg (STCAN) đang tham gia xây dựng cầu bằng loại bê tông này ở Nga, [để có mặt đường yên tĩnh hơn]. Các hạt cầu rỗng cũng được sử dụng để cải thiện khả năng cách nhiệt và cách âm của vữa, xi măng và thạch cao, được sử dụng cho tường, sàn và trần nhà. Việc bổ sung 40% thể tích hạt cầu rỗng làm giảm một nửa hệ số truyền tiếng ồn.”
Các hạt cầu rỗng trong ngành dược phẩm
Các hạt cầu rỗng (cenospheres) đã được sử dụng trong ngành dược phẩm trong nhiều năm, vì những quả cầu nhỏ này có thể hoạt động như một thiết bị vận chuyển gần như hoàn hảo khi được phủ thuốc. Ngoài ra, như tạp chí công nghiệp Pháp, Industrie & Technologies, đã lưu ý, “Ví dụ, các hạt cầu rỗng được phủ oxit bạc có thể được tích hợp vào băng gạc để đẩy nhanh quá trình lành vết thương.”
Các hạt cầu rỗng trong các ngành công nghiệp tiên tiến
Rất nhiều nghiên cứu đang được tiến hành để khám phá những ứng dụng mới cho sản phẩm phụ đa năng này. Ví dụ, các chất xúc tác mới cho quá trình oxy hóa metan đang được phát triển bằng cách sử dụng các hạt cầu rỗng từ tính.
Các hạt cầu rỗng cũng đang được sử dụng trong việc phát triển vật liệu composite nền kim loại (MMC), một loại vật liệu nhằm kết hợp khả năng hấp thụ năng lượng cao, khả năng chống va đập và mật độ thấp của các hạt cầu rỗng với các đặc tính của các chất khác. Những người khác, chẳng hạn như Paul Biju-Duval thuộc Viện Công nghệ Georgia ở Atlanta, đã nỗ lực nghiên cứu phát triển vật liệu xây dựng không cần xi măng. Công việc của ông vẫn tiếp tục, bổ sung vào hỗn hợp hạt cầu rỗng các vật liệu như tre và ống kim loại như một phương pháp tìm kiếm các phương pháp xây dựng thay thế, rẻ hơn, bền hơn và thân thiện với môi trường hơn.
Trong khi đó, Viện Hóa học và Công nghệ Hóa học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga ở Krasnoyarsk đang nghiên cứu các phương pháp sử dụng cenosphere trong các chuyển đổi xúc tác. Còn BAE Systems đang cố gắng sử dụng cenosphere trong sơn để hỗ trợ khả năng tàng hình trong phổ hồng ngoại, từ đó cho phép các phương tiện quân sự có "áo choàng tàng hình".
Với phạm vi ứng dụng rộng rãi như vậy, và thậm chí cả phạm vi ứng dụng tiềm năng còn rộng hơn nữa, không có gì ngạc nhiên khi sự quan tâm đến các hạt cầu rỗng (cenosphere) ngày càng tăng. Chừng nào các nhà phát triển sản phẩm còn tìm kiếm các chất độn nhẹ, hệ thống phân phối thuốc được cải tiến, lớp phủ được cải tiến, chất thay thế xi măng và các chất phụ gia composite, thì nhu cầu về các hạt cầu rỗng sẽ vẫn còn. Thêm vào đó, với việc tăng cường nghiên cứu về các ứng dụng mới cho những quả cầu đa năng này, thì chỉ có thời gian mới cho biết tương lai của các hạt cầu rỗng sẽ ra sao.
Thời gian đăng bài: 28/12/2021