Nguồn ảnh: Wong Laboratory for Nature Inspired Engineering
Văn Tâm
TANIXA – nano-bio technology
Mỗi ngày có hơn 141 tỉ lít nước dùng trong việc xả toilet và có hàng triệu người trong trạng tình trạng không đủ lượng nước dùng. Chúng ta có thể làm gì để làm giảm lượng nước cho việc sử dụng này, đó là câu hỏi mà các nhà khoa học ở Đại học Pennsylvania State đặt ra trong nghiên cứu của mình.
“Chúng tôi đã phát triển một lớp phủ (coating) lấy cảm hứng sinh học (bio-inspire) và có tính kháng khuẩn có thể làm cho toilet tự làm sạch (self-cleaning)” trưởng nhóm nghiên cứu GS. Tak-Sing Wong phát biểu.
Trong phòng thí nghiệm của mình, GS. Wong và các nhà nghiên cứu đã chế tạo lớp phủ màng với bề mặt trơn bền với chất lỏng (LESS – Liquid Entrenched Smooth Surface) có thể được đưa lên bề mặt các toilet bằng gốm sứ, thép, titanium bằng kĩ thuật phun hai lần (two-step spray).
Ở lần phun thứ nhất, một lớp phủ trơn và kháng nước từ poymer ghép (grafted polymers) polydimethylsiloxane (PDMS) được tạo ra trên bề mặt vật liệu, hình dáng của các phân tử trong lớp phủ này giống như sợi tóc nhưng đường kính mỏng hơn tới một triệu lần sợi tóc thông thường. Ở lần phun thứ hai, các phân tử giống sợi tóc ở lần phun một được thấm một lớp chất bôi trơn để tạo thành bề mặt siêu trơn (super-slippery).
Quy trình chế tạo được thể hiện trên hình 1. Chất lỏng bôi trơn được chọn trong nghiên cứu là dầu silicone do nó có ái lực hóa học cao với polymer PDMS, độ bền hóa học tuyệt vời và ít ảnh hưởng đến môi trường. Quy trình hai lần phun này chi mất khoảng 5 phút để hoàn thành, ngắn hơn nhiều so với tốn hàng giờ đồng hồ của các phương pháp tạo bề mặt trơn khác.
Với bề mặt trơn này, các vết bẩn còn sót lại trên bề mặt toilet có thể được làm sạch một cách dễ dàng với lượng nước sử dụng ít hơn tới 90% so với toilet thông thường, khử khuẩn và giảm bớt các mùi hôi. Các nhà nghiên cứu cũng nghiên cứu rằng lớp phủ với độ dày ~1μm này có thể sử dụng trong hơn 500 lần xả trước khi phủ mới lại.
Hình 1: Chế tạo LESS. a. Sơ đồ thể hiện quy trình phun hai bước để hình thành lớp phủ LESS (màu xám: đế nền, màu vàng: chất bôi trơn, màu xanh: silane). Lớp polymer ghép phân tử tạo ra ái lực hóa học với chất bôi trơn. b. Quy trình phủ riêng lẽ trên kính: phun dung dịch silane (spray silane solution), sau đó phun chất bôi trơn (spray lubricant), cuối cùng là kiểm tra với nước nhuộm (test with dyed water).
Để phổ biến các khám phá của mình ra thế giới, các nhà khoa học dự kiến sẽ thành lập một quỹ khởi nghiệp (start-up venture) để nhận hỗ trợ từ các quỹ tài chính, các công ty trên toàn thế giới với mục tiêu sẽ mang các ứng dụng có ích này mang lại lợi ích cho số đông người dân khắp toàn cầu.
Tài liệu tham khảo:
Bài báo:
Jing Wang, Lin Wang, Nan Sun, Ross Tierney, Hui Li, Margo Corsetti, Leon Williams, Pak Kin Wong & Tak-Sing Wong. Viscoelestic solid-repellent coatings for extreme water saving and global sanitation. Nature Sustainability 1097-1105 (2019). DOI https://doi.org/10.1038/s41893-019-0421-0
