Thế nào là vật liệu công năng bậc thang?

Vật liệu công năng bậc thang tuỳ theo độ dày, phương hướng có thể thay đổi thích hợp và nhờ đó tính năng của vật liệu cũng thay đổi dần dần. Ví dụ vật liệu công năng được tạo thành từ gốm và kim loại, ở một mặt giả sử có thành phần 100% gốm, theo độ dày của vật liệu, thành phần gốm giảm dần đến phía mặt đối diện sẽ có thành phần 0%; trong khi đó ở phía kia, ban đầu thành phần kim loại 100% và giảm dần khi đi về phía kia, ở mặt đối diện thành phần kim loại sẽ là 0%. Ở phía thành phần gốm lớn sẽ chịu được nhiệt độ cao, nhưng hệ số dẫn nhiệt thấp nên có tác dụng cách nhiệt. Trong khi đó ở phía bên kia, phía giàu kim loại, hệ số dẫn nhiệt lớn, tản nhiệt nhanh lại có cường độ cao, còn bên trong vật liệu không hề có một ranh giới rõ ràng. Do không có mặt ranh giới thay đổi đột ngột nên không tồn tại vấn đề nhiệt ứng lực.

Trong nghiên cứu khoa học cũng như trong cuộc sống hằng ngày chúng ta thường gặp vật liệu công năng bậc thang. Ví dụ trong các lò nung chảy hạt nhân, ở mặt trong người ta cần loại gốm chịu được phóng xạ, chịu được nhiệt độ cao, trong khi ở mặt ngoài lại cần kim loại có cường độ cao, dẫn nhiệt tốt. Như vậy cần chọn vật liệu công năng bậc thang gốm – kim loại là đáp ứng được yêu cầu. Trong y học người ta cũng cần các loại vật liệu công năng bậc thang như vật liệu để chế tạo xương nhân tạo, răng nhân tạo. Chân răng là bộ phận có nhiều lỗ xốp nên thường được chế tạo bằng apatit. Ở trung tâm răng người ta cần vật liệu bền chắc, ở lớp ngoài cùng cần vật liệu gốm có độ cứng cao. Khi trồng răng nhân tạo vào cơ thể, tế bào cơ thể có thể thâm nhập vào lỗ xốp ở chân răng, khiến răng được gắn chặt vào hàm, còn lớp vỏ cứng, chịu được mài mòn có khả năng chịu va đập còn tốt hơn răng thật.

Vì khoa học kỹ thuật không ngừng phát triển, nên vật liệu công năng bậc thang chắc chắn sẽ không ngừng xâm nhập vào nhiều lĩnh vực sản xuất, đời sống.

Từ khoá: Vật liệu công năng bậc thang.