In bài viết (Ctrl+P)Với đường bờ biển dài hơn 3.260 km và hệ thống các đảo, quần đảo phong phú, kinh tế biển đóng vai trò quan trọng trong cơ cấu kinh tế quốc dân, đồng thời là yếu tố chiến lược trong việc bảo đảm an ninh, quốc phòng của Việt Nam. Tuy nhiên, các đặc trưng tự nhiên như khí hậu nhiệt đới gió mùa, nhiệt độ, độ ẩm cao, cùng với tác động của bức xạ mặt trời, môi trường biển khắc nghiệt đã và đang gây ra nhiều thách thức lớn. Những yếu tố này không chỉ ảnh hưởng đến độ bền vật liệu mà còn làm gia tăng tốc độ ăn mòn, sự xâm lấn của sinh vật biển lên các công trình và phương tiện, gây tổn thất lớn về kinh tế cũng như an ninh năng lượng và quốc phòng.
Từ thực tiễn trên, việc nghiên cứu và phát triển các công nghệ vật liệu tiên tiến là một yêu cầu cấp thiết. Đề án “Nghiên cứu phát triển vật liệu và công nghệ lớp phủ tiên tiến ứng dụng trong dân dụng và quốc phòng”, dưới sự chủ trì của GS.TS. Trần Đại Lâm, tập trung phát triển các công nghệ xanh và công nghệ vật liệu mới để chế tạo những lớp phủ đa chức năng. Các lớp phủ này không chỉ có khả năng chống ăn mòn, chống bám hàu hà sinh vật mà còn có tác dụng phản xạ nhiệt, chống nóng, kháng khuẩn, bảo vệ bề mặt tối ưu trong môi trường biển, ven biển và đô thị.
Nhóm nghiên cứu tại PVOil Cái lân, Quảng Ninh
Đề án bao gồm 5 hợp phần nghiên cứu chuyên sâu, mỗi hợp phần là một mắt xích quan trọng trong chuỗi giá trị khoa học và công nghệ, từ chế tạo vật liệu nano tiên tiến, lớp phủ chức năng, đến việc phát triển các giải pháp ứng dụng hiệu quả trong cả lĩnh vực dân dụng và quốc phòng.
Những thành tựu khoa học và thực tiễn
Trong khuôn khổ nghiên cứu, các nhà khoa học đã thử nghiệm và ứng dụng thành công 3 hệ sơn chống hà trên mô hình tàu 2 đáy dưới nước biển tại Vụng Oản, thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh. Hệ sơn 3 lớp với lớp phủ polysiloxane và vinyl ester đã thể hiện khả năng chống hà vượt trội, kéo dài hơn 18 tháng. Đây là kết quả quan trọng giúp kéo dài tuổi thọ của tàu thuyền hoạt động trong môi trường biển, đồng thời giảm chi phí bảo trì.
Hoạt động chuẩn bị mẫu sơn trước khi thử nghiệm khả năng chống hà
Mẫu sơn 3 lớp sau 6 tháng thử nghiệm
Mẫu sơn 3 lớp sau 12 tháng thử nghiệm (chưa loại bỏ sinh vật bám) (bên trái) và 18 tháng thử nghiệm (sau khi loại bỏ sinh vật bám) (bên phải)
Các hệ sơn tường ngoại thất phản xạ nhiệt, hệ sơn chống thấm mái phản xạ nhiệt và hệ sơn dung môi hữu cơ bảo vệ chống ăn mòn, phản xạ nhiệt, bền thời tiết cũng được chế tạo thành công và thử nghiệm thực tế. Các sản phẩm này đã được ứng dụng trên diện tích 1000 m² bề mặt ngoài tòa nhà, 200 m² diện tích mái và 1435 m² bề mặt bồn chứa xăng dầu. Quá trình thử nghiệm cho thấy, các hệ sơn mới có thể giảm nhiệt độ bề mặt ngoại thất tòa nhà xuống hơn 9°C và giảm nhiệt độ trong bồn chứa xăng dầu từ 9 - 19°C, mang lại hiệu quả trong việc tiết kiệm năng lượng và bảo vệ công trình.
Một số hình ảnh về mô hình buồng thử nghiệm sơn chống nóng
Mô hình buồng thử nghiệm (a); Bộ ghi dữ liệu nhiệt độ (b); Ảnh quá trình thử nghiệm sơn Extra-SHR và Extra-SHR-CT (c)
Mô hình buồng thử nghiệm (a); Bộ ghi dữ liệu nhiệt độ (b); Ảnh quá trình thử nghiệm sơn Extra-SHR-S (c)
Ngoài ra, quá trình sơn thử nghiệm các mẫu cấu kiện sắt thép trong môi trường biển và khí quyển biển tại các địa điểm như Đầm Báy, Vĩnh Nguyên (Nha Trang) và đảo Trường Sa đã mang lại kết quả khả quan. Sau 9 tháng sử dụng, các lớp sơn lót bên trong vẫn còn nguyên vẹn, không bị phồng rộp hay bong tróc, chứng minh được khả năng bảo vệ vượt trội trong điều kiện khí hậu biển khắc nghiệt.
Các nhà khoa học cũng đã thử nghiệm các mẫu mạ kẽm và các lớp phủ mới như mạ kẽm - thụ động Cr(III), mạ kẽm - nanosilica, ZnNi đa lớp và ZnNi-nanosilica. Các mẫu thử nghiệm đã cho kết quả ấn tượng khi không bị gỉ đỏ sau 20 tháng. Kết quả này khẳng định khả năng chống ăn mòn hiệu quả của các lớp mạ và lớp phủ này. Một kết quả khác về việc chế tạo lớp phủ trên vỏ tàu thép Vietship 02 cũng mang lại những kết quả đáng kể. Sau 15 tháng hoạt động trên biển, lớp phủ nhiệt Al-Mg/epoxy-nanocomposite vẫn nguyên vẹn, không bị hư hỏng, trong khi phần vỏ tàu không có lớp phủ nhiệt đã xuất hiện gỉ đỏ, chứng minh rõ hiệu quả bảo vệ của lớp phủ mới.
Đề án cũng đạt được những thành công khác trong việc nghiên cứu và phát triển các phụ gia nano và công nghệ sơn bảo vệ. Cụ thể, nhóm nghiên cứu đã tổng hợp thành công một số phụ gia nano sử dụng các chất hoạt động bề mặt như TOPO, OLA, OA, với kích thước hạt ≤ 50 nm, hiệu suất ghép nối các nhóm chức hữu cơ trên bề mặt > 90% và hàm lượng hữu cơ từ 5 - 25%. Những phụ gia này đã chứng tỏ khả năng phân tán tốt và ổn định trong các dung môi hữu cơ, ngay cả sau 12 tháng, đặt nền tảng vững chắc cho việc ứng dụng trong các sản phẩm sơn và lớp phủ bảo vệ. Các nhà nghiên cứu cũng đã áp dụng các phụ gia nano ZnO, TiO2 và ZrO2 để gia cường hiệu quả cho các loại sơn lót và sơn phủ, đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng cao theo TCVN 8789:2011. Những phụ gia này đã chứng tỏ khả năng chống ăn mòn vượt trội, làm tăng độ bền của sơn trong các môi trường khắc nghiệt.
Việc chế tạo thành công điện cực sensor bằng kỹ thuật in 3D, sử dụng mực in trên cơ sở graphene và các nano kim loại dẫn điện như AuNPs, AgNPs và CuNPs, đã góp phần quan trọng nhằm phát triển hệ đo điện trở 2 điện cực với mạch đo sử dụng IC 555 và IC LM393. Thiết bị tự động đo điện trở này có khả năng cảnh báo sớm sự cố ăn mòn, nhất là trong các môi trường biển có tính ăn mòn cao.
Về công bố, từ kết quả của Đề án đã có 24 bài báo được đăng trên các tạp chí quốc tế thuộc danh mục SCIE/SCOPUS với chỉ số ảnh hưởng cao, cùng 11 bài báo khác được đăng trên các tạp chí quốc gia. Ngoài ra, Đề án đã mang lại một bằng độc quyền sáng chế do Cục Sở hữu trí tuệ Liên bang Nga cấp, một bằng độc quyền giải pháp hữu ích và nhiều sản phẩm như các tiêu chuẩn cơ sở và quy trình công nghệ quan trọng khác.
Các kết quả nghiên cứu đã được bảo hộ bằng các bằng độc quyền sáng chế do Cục Sở hữu trí tuệ Liên bang Nga và Việt Nam cấp
Qua Đề án, các nhà khoa học đã góp phần tích cực vào công tác đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao với 8 nghiên cứu sinh tham gia (trong đó, một nghiên cứu sinh đã được cấp bằng tiến sĩ, một nghiên cứu sinh đã có quyết định bảo vệ cấp Học viện, 2 nghiên cứu sinh đã có quyết định bảo vệ cấp cơ sở và 4 nghiên cứu sinh đang thực hiện luận án tiến sĩ theo nội dung của Đề án), cùng với 4 học viên cao học được hướng dẫn. Các sản phẩm đã được áp dụng tại nhiều công ty và đơn vị trên cả nước, khẳng định tính hiệu quả và giá trị thực tiễn của Đề án.
Việc nghiên cứu và phát triển các lớp phủ tiên tiến, đa chức năng không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn mang tiềm năng ứng dụng lớn trong thực tế. Đây là một hướng đi quan trọng nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội về các sản phẩm sơn phủ bảo vệ vật liệu và các công trình trong lĩnh vực dân dụng và quốc phòng. Do đó, các nhà khoa học kỳ vọng nhận được sự quan tâm và đầu tư chiến lược từ Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam nhằm phát triển và đưa hướng nghiên cứu trở thành một trong những lĩnh vực mũi nhọn của Viện trong tương lai. Nhóm sẽ tiếp tục nghiên cứu, phát triển sản phẩm ở quy mô thử nghiệm và tiến tới thương mại hóa trong thời gian tới, nhằm mở rộng hơn nữa các ứng dụng và giá trị thực tiễn của các kết quả nghiên cứu.
Những thành tựu từ Đề án cũng đã khẳng định năng lực nghiên cứu vượt trội của các nhà khoa học Viện Hàn lâm trong lĩnh vực công nghệ sơn và lớp phủ tiên tiến với những ứng dụng thiết thực trong bảo vệ môi trường biển và phát triển bền vững kinh tế biển đảo. GS.TS. Trần Đại Lâm chia sẻ: Kết quả nghiên cứu là minh chứng cho sự gắn kết chặt chẽ giữa nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng để giải quyết những bài toán thực tiễn, phục vụ an sinh xã hội. Ông hy vọng, với sự quan tâm và hỗ trợ từ Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, hướng nghiên cứu này sẽ tiếp tục được mở rộng, mang lại nhiều giá trị gia tăng hơn nữa trong lĩnh vực bảo vệ môi trường, tài nguyên và phát triển bền vững.
(Theo: http://vast.gov.vn)