Bài 1 - Những vật liệu mới thông minh
Trong suốt chiều dài lịch sử của mình, loài người tạo ra các công cụ từ các vật liệu mà họ kiếm được bằng tay. Tuy nhiên, theo mức độ tích luỹ hiểu biết về các tính chất của vật liệu, mà loài người cũng học được cách chế tạo ra chúng với những tính năng được đặt ra. Ngày nay, những vật liệu có tên là thông minh đang được nghiên cứu chế tạo và sử dụng ngày càng rộng rãi.
Một số vật liệu thông minh được biết đến rộng rãi. Các bật lửa áp điện và các bộ đánh lửa trong bếp gas, các lò nướng và các dụng cụ đốt gas khác tạo ra các tia lửa điện hay điện tích chỉ bằng cách đập mạnh búa có cơ cấu chuyển động lò so vào tinh thể vật liệu áp điện mà không cần sử dụng mạch điện. Tính chất này của vật liệu áp điện “nhạy cảm” với áp lực và gây phản ứng tạo ra điện thế được sử dụng trong rất nhiều các cơ cấu thông minh. Những vật liệu thông minh khác phản ứng với các kích thích khác nhau từ bên ngoài, như nhiệt độ, trường điện từ và độ ẩm.
Đặc điểm chung của tất cả các vật liệu thông minh đó là khả năng biến đổi dạng năng lượng này thành dạng khác. Các vật liệu áp điện có thể biến đổi cơ năng thành điện năng và ngược lại. Các vật liệu thông minh khác biến đổi các dạng năng lượng khác. Yếu tố cơ bản để ứng dụng thực tế các vật liệu thông minh là có thể điều khiển được sự biến đổi năng lượng đó. Chính vì vậy mà các vật liệu phản ứng với những thay đổi của môi trường xung quanh có thể kiểm soát được, gọi là những vật liệu thông minh.(1)
Có 2 kiểu cơ cấu chính biến đổi năng lượng - đó là các cảm biến và các cơ cấu thực hiện, có tính quyết định những lĩnh vực chủ yếu sử dụng các vật liệu thông minh. Các cảm biến biến đổi tác động thành tín hiệu, khi đó cơ cấu thực hiện lại biến đổi tín hiệu thành tác động. Các cảm biến bình thường và các cơ cấu thực hiện bình thường theo nguyên lý được chế tạo từ một số vật liệu và có những nguyên tố chuyển động. Một số vật liệu thông minh khác có thể thực hiện chức năng của một số vật liệu và các nguyên tố khác đồng thời, bằng cách đó giảm bớt được số lượng các hợp phần, bị hao mòn và hư hỏng.
Trên quan điểm ứng dụng thực tế, những vật liệu đáng chú ý hơn cả là những vật liệu biến đổi cơ năng thành nhiệt năng, thành điện năng, thành năng lượng từ, hoá năng và ngược lại. Cùng với những vật liệu áp điện, biến đổi cơ năng thành điện năng, còn có những vật liệu thông minh khác được sử dụng trong thực tế như các hợp kim nhớ dạng, gây tác động cơ học lên vật thể chịu nhiệt, lên các vật liệu mang từ tính và các vật liệu từ chính xác, mà các tính chất của chúng được kiểm soát bằng cách tạo ra từ trường, và các vật liệu đó sẽ nở phình ra dưới tác động kích hoạt hoá học. Trong bài viết này sẽ trình bày về một số những vật liệu đó, việc sử dụng chúng hiện nay và khả năng ứng dụng chúng trong ngành công nghiệp dầu - khí trong tương lai.®
