Không còn là những khối vật liệu vô tri bất biến, một số chất liệu hiện đại có thể “nhớ” hình dáng ban đầu của mình và tự động quay lại hình dạng đó khi gặp mức nhiệt phù hợp. Đây không còn là khái niệm trong tiểu thuyết khoa học viễn tưởng mà đã trở thành hiện thực dưới tên gọi: vật liệu có khả năng biến đổi hình dạng theo nhiệt độ, hay còn gọi là vật liệu nhớ hình.

Cốt lõi của công nghệ này nằm ở cấu trúc phân tử đặc biệt, cho phép vật liệu tồn tại ở nhiều trạng thái ổn định khác nhau. Khi nhiệt độ thay đổi, các liên kết trong vật liệu sẽ tự sắp xếp lại theo một hình dạng được “lập trình” từ trước. Nói cách khác, vật liệu giống như một chiếc lò xo sinh học – khi được làm nóng đúng mức, nó sẽ bật trở lại hình dáng gốc.

Một trong những đại diện nổi bật là hợp kim Nitinol (gồm Niken và Titan), từng được NASA phát triển để chế tạo ăng ten thu gọn cho tàu vũ trụ. Khi lạnh, ăng ten có thể uốn cong hoặc gập gọn, nhưng khi gặp nhiệt độ không gian đủ cao, nó tự bung ra về hình dáng ban đầu. Từ đó đến nay, Nitinol đã được ứng dụng vào y khoa – điển hình như stent y tế có thể co lại để luồn vào mạch máu, sau đó mở ra khi tới đúng vị trí trong cơ thể.

Không dừng ở kim loại, các nhà khoa học còn phát triển vật liệu nhớ hình bằng polymer thông minh. Những tấm màng polymer này có thể cuộn lại, gập nếp, thậm chí uốn cong như cơ bắp nhân tạo khi gặp nhiệt độ tăng hoặc giảm. Hướng nghiên cứu này đang mở ra cơ hội lớn trong thiết kế robot mềm, thiết bị y học siêu nhỏ, hay thậm chí là quần áo có thể tự điều chỉnh theo thời tiết.

Đặc biệt, tại Đại học Harvard, một nhóm nghiên cứu đã phát triển thành công loại vật liệu tổ hợp tích hợp giữa sợi carbon, nhựa epoxy và cấu trúc vi mô dạng lưới. Khi chịu tác động nhiệt, vật liệu không chỉ thay đổi hình dáng mà còn có thể lập trình được đường cong, mức gập và tốc độ phản hồi. Ứng dụng tiềm năng là tạo ra cánh máy bay tự thay đổi hình dạng để tối ưu lực nâng hoặc chế tạo kiến trúc có thể đóng mở theo thời tiết.

Về mặt công nghệ, thách thức lớn nhất hiện nay là kiểm soát chính xác mức nhiệt kích hoạt và độ bền vật liệu sau nhiều lần biến đổi. Tuy vậy, xu hướng phát triển đang rất mạnh, nhất là trong lĩnh vực năng lượng, quốc phòng và y sinh.

Tầm nhìn tương lai của vật liệu biến đổi theo nhiệt độ không chỉ nằm ở tính tiện dụng, mà còn là khả năng tương tác với môi trường theo cách linh hoạt, giống như sinh vật sống. Điều này cho thấy: trong kỷ nguyên vật liệu thông minh, độ cứng không còn là ưu thế – chính khả năng biến đổi mới là sức mạnh.

T/H