Công Nghệ Vật Liệu Và Ứng Dụng Trong Cuộc Sống

Bộ môn Công nghệ Vật liệu -Khoa Công nghệ Hóa học

Đại học Công Thương Tp.HCM (HUIT)

Công nghệ vật liệu nghiên cứu và ứng dụng những đặc tính của các loại vật liệu trong việc phát triển các sản phẩm và công nghệ. Tại HUIT, ngành Công nghệ Vật liệu là 1 ngành đào tạo thuộc Khoa Công nghệ Hóa học. Việc tìm hiểu về các loại vật liệu và công nghệ tạo ra chúng không chỉ góp phần cải thiện và sử dụng hiệu quả trong các dây chuyền công nghiệp mà còn cải thiện chất lượng cuộc sống của con người và sử dụng hiệu quả các vật dụng trong ngôi nhà của gia đình mình và góp phần bảo vệ môi trường.

Hình 1. Vật liệu xây dựng bền vững thân thiện [1]

 

Hình 2. Ứng dụng Công nghệ vật liệu tiên tiến trong năng lượng mới [2]

1. VẬT LIỆU COMPOSITE (COMPOSITES MATERIALS)

• Đặc điểm: Là sự kết hợp của hai hoặc nhiều vật liệu khác nhau để tạo ra một vật liệu có tính chất ưu việt hơn so với các vật liệu riêng lẻ.
• Ứng dụng: Vật liệu composite được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không, ô tô, thể thao và xây dựng. Ví dụ: Các bộ phận của máy bay hoặc ô tô được làm từ vật liệu composite để giảm trọng lượng, tăng độ bền và tiết kiệm nhiên liệu.

Hình 3. Cấu tạo vật liệu composite [3]

2. VẬT LIỆU SIÊU DẪN (SUPERCONDUCTING MATERIALS)

• Đặc điểm: Là các vật liệu có khả năng truyền điện mà không có điện trở khi được làm lạnh tới nhiệt độ nhất định.
• Ứng dụng: Vật liệu siêu dẫn được ứng dụng trong các hệ thống từ trường mạnh như máy cộng hưởng từ (MRI) trong y học, hoặc trong các thiết bị truyền tải điện hiệu quả cao. 

Hình 4. Thiết kế chip siêu dẫn dựa trên vật liệu mới [4]

3. VẬT LIỆU NANO (NANOMATERIALS)

• Đặc điểm: Vật liệu được thiết kế với kích thước cực nhỏ (ở cấp độ nano, khoảng 1-100 nm).
• Ứng dụng: Vật liệu nano được sử dụng trong nhiều ngành như y học (như trong thuốc điều trị hoặc thiết bị chẩn đoán), điện tử (mạch điện tử siêu nhỏ, màn hình cảm ứng), hoặc năng lượng (pin năng lượng mặt trời hiệu quả cao hơn, bộ lưu trữ năng lượng).

Hình 5. Ứng dụng của vật liệu nano [5]

4. VẬT LIỆU THÔNG MINH (SMART MATERIALS)

• Đặc điểm: Là các vật liệu có khả năng phản ứng với môi trường bên ngoài, thay đổi tính chất khi có sự tác động của yếu tố như nhiệt độ, ánh sáng, hoặc điện trường.
• Ứng dụng: Vật liệu thông minh có mặt trong các ứng dụng như gương tự làm sạch, vải thay đổi màu sắc theo nhiệt độ, và các hệ thống tự động hóa trong các tòa nhà thông minh. 

Hình 6. Hệ thống tự động hóa tòa nhà [6]

5. VẬT LIỆU BỀN VỮNG (SUSTAINABLE MATERIALS)

• Đặc điểm: Là những vật liệu thân thiện với môi trường, có thể tái chế và có ít tác động xấu đến thiên nhiên.
• Ứng dụng: Trong xây dựng, vật liệu bền vững như bê tông tái chế, gỗ công nghiệp, hay vật liệu từ thực vật đang được sử dụng để giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

6. VẬT LIỆU TRONG CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG (ENERGY MATERIALS)

• Đặc điểm: Các vật liệu này được thiết kế để cải thiện hiệu suất thu và lưu trữ năng lượng.
• Ứng dụng: Các vật liệu này được sử dụng trong các tấm pin mặt trời, các bộ pin lưu trữ năng lượng, và trong các hệ thống năng lượng gió. Ví dụ, vật liệu perovskite (tên gọi chung của các vật liệu gốm có cấu trúc tinh thể giống với cấu trúc của vật liệu gốm calci titanat CaTiO₃) đang được nghiên cứu dung trong các tế bào quang điện, giúp tăng hiệu suất và giảm chi phí.

7. VẬT LIỆU TRONG Y HỌC (BIOMATERIALS)

• Đặc điểm: Là các vật liệu được sử dụng trong các thiết bị y tế hoặc trực tiếp cấy vào cơ thể người mà không gây phản ứng miễn dịch.
• Ứng dụng: Vật liệu sinh học được sử dụng trong cấy ghép mô, sản xuất khớp nhân tạo, các loại stent mạch máu, hoặc các vật liệu kháng khuẩn dùng trong dụng cụ phẫu thuật.

8. VẬT LIỆU TRONG NGÀNH ĐIỆN TỬ (ELECTRONIC MATERIALS)

• Đặc điểm: Vật liệu này có khả năng dẫn điện hoặc cách điện tùy vào yêu cầu ứng dụng.
• Ứng dụng: Trong các linh kiện điện tử như mạch tích hợp, cảm biến, màn hình hiển thị (OLED), hay các thiết bị thông minh. Các vật liệu bán dẫn như silicone và graphene là những ví dụ điển hình.

9. VẬT LIỆU XÂY DỰNG TIÊN TIẾN

• Đặc điểm: Các vật liệu xây dựng hiện đại được thiết kế để có độ bền cao, chịu nhiệt, chống thấm, và cách âm tốt.
• Ứng dụng: Các vật liệu như bê tông nhẹ, kính thông minh, và vật liệu cách nhiệt được ứng dụng trong các tòa nhà cao tầng, công trình hạ tầng và nhà ở thông minh. 

Hình 7. Vật liệu xi măng bio composite [1]

KẾT LUẬN

Công nghệ vật liệu là yếu tố quan trọng giúp cải thiện và thay đổi chất lượng cuộc sống thông qua việc tạo ra và ứng dụng những sản phẩm hiệu quả và thân thiện với môi trường. Những tiến bộ trong lĩnh vực này không chỉ thúc đẩy sự phát triển của các ngành công nghiệp mà còn góp phần giải quyết các vấn đề về môi trường và sức khỏe, đồng thời mở ra nhiều cơ hội cho các sáng tạo và cải tiến công nghệ trong tương lai.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Phương Anh (2023), 11 Vật liệu xây dựng bền vững & thân thiện với môi trường, Hội kiến trúc sư Việt Nam.

2. Công ty cổ phần Toplist (2023), Ngành công nghệ mới, vật liệu mới, năng lượng mới, Hà Nội.

3. Truyền hình cáp Sông Thu (2022), Composite là gì?, Đà Nẵng.

4. Scienceinfo.net (2022), Superconducting materials make computers 400 times faster, SCIN Online Network Joint Stock Company, CA.

5. Top 15 các ứng dụng của vật liệu nano trong đời sống mới nhất năm 2022, Lao động Đồng Nai.

6. Sử dụng BACnet/IP để kết nối hệ thống tự động hóa tòa nhà và hệ thống điều khiển quá trình, Công ty TNHH Thiết bị đo lường và điều khiển (MC&TT Co.,Ltd).