Từ thuật mạ crôm đến ống nano cacbon: Những công nghệ xuất hiện từ thời cổ đại

26/06/2022 - Lượt xem: 310

Được đề xuất vào thế kỷ 19, Thuyết nguyên tử của nhà vật lý nổi tiếng người Anh, John Dalton đã đóng vai trò quan trọng trong sự phân chia giữa nghề thủ công với các nghề khoa học kĩ thuật cao.

Thuật mạ crôm đã xuất hiện từ thời nhà Tần, mái vòm đồ sộ của Đền Pantheon với đường kính tới 43m vẫn tồn tại vững chắc dù không có cốt thép. (Ảnh: Alamy)

Tuy nhiên, sự phân chia này có lẽ sẽ không còn tồn tại lâu nữa khi những khai quật gần đây cho thấy, thuật mạ crôm, ứng dụng ống nano cacbon trong việc chế tạo thép, v.v.. đã xuất hiện và được sử dụng rộng rãi từ thời cổ đại.

Euclid là nhà toán học lỗi lạc thời cổ Hy Lạp, sống vào thế kỉ thứ 3 TCN. Ông được mệnh danh là “cha đẻ của Hình học”. Có thể nói hầu hết kiến thức hình học ở cấp trung học cơ sở hiện nay đều đã được đề cập một cách có hệ thống, chính xác trong bộ sách Cơ sở gồm 13 cuốn do Euclid viết ra, và đó cũng là bộ sách có ảnh hưởng nhất trong Lịch sử Toán học kể từ khi nó được xuất bản đến cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20.

Tuy nhiên, có một điều khó tin là, khoảng 1400 năm trước khi bộ môn này được xây dựng, người Babylon cổ đại đã biết áp dụng các kiến thức hình học phức tạp vào trong cuộc sống của mình. Không may, những phát minh toán học này đã bị quên lãng khi nền văn minh Babylon sụp đổ và chỉ mới được tái phát hiện vào năm nay khi các nhà khoa học tiến hành phân tích kỹ lưỡng các phiến đất sét từ thời cổ đại.

“Phát hiện đáng kinh ngạc này đã khiến tôi tự hỏi rằng có bao nhiêu phương pháp khoa học ‘hiện đại’ ngoài kia trên thực tế là phát minh của các nền văn minh thời cổ đại. Vì vậy, tôi đã quyết định săn tìm một trong số những ứng dụng hóa học tiên tiến nhất vào các thời kỳ đó”, Mark Lorch phó giáo sư chuyên ngành hóa sinh, kiêm phó trưởng khoa tuyển sinh đến từ trường Đại học Hull, Anh chia sẻ.

Công nghệ mạ crôm từ thời nhà Tần
Ánh sáng phản chiếu từ thanh kim loại mạ crôm gần như là một biểu tượng đặc trưng của nền công nghiệp hiện đại và George Sargent – được cho là người đã phát minh ra công nghệ mạ crôm, khi cho ra mắt phương pháp này vào năm 1920, qua đó đặt tiền đề cho công cuộc thương mại hóa thuật mạ kim vốn đã thống trị thời kỳ Art Deco sau này (một trường phái nghệ thuật và trang trí mang tính triết trung được khởi nguồn tại thành phố Paris vào thập niên 1920 và vươn ra toàn thế giới trong thập niên 1930) và xa hơn nữa.

Trên thực tế, các nhà hóa học nổi tiếng khác, trong đó có Robert Bunsen, cũng đã từng lọ mọ với công nghệ mạ crôm vào giữa thế kỷ 19. Nhưng có lẽ tất cả những phát minh này đều bị lu mờ trước sự tỏa sáng của các nhà luyện kim vào thời nhà Tần bên Trung Quốc – vốn đã sở hữu công nghệ này, trước cả khi nguyên tố crôm (Cr) được phát hiện ở phương Tây.

Một thanh kiếm thời nhà Tần. (Ảnh: Mark Lorch)

Theo đó, trong những năm 1970, những thanh kiếm sắc bén vốn được phủ một lớp ôxít crôm mỏng đã được khai quật cùng với đội quân đất nung nổi tiếng trong lăng mộ Tần Thủy Hoàng. Người Trung Quốc cho rằng, những thợ rèn vũ khí vào triều đại đầu tiên của họ đã phủ một lớp ôxit crôm mỏng lên binh khí của các tướng lĩnh để bảo vệ chúng khỏi bị ăn mòn. Và thực sự vậy, sau hai thiên niên kỷ, các lưỡi kiếm vẫn không hề bị gỉ.

Tuy nhiên, có thật sự là như vậy không, hay trên thực tế lớp crôm đã dần dần hình thành trên thanh kiếm nhờ một đặc tính kỳ lạ trong nó khi được đốt trong lửa cùng với đội quân đất nung – vẫn còn là một vấn đề gây tranh cãi.

Bê tông thời La Mã cổ đại
Bê tông được tổng hợp từ hai hay nhiều hơn một vật liệu, thường là gồm xi măng được trộn với cát và sỏi, sau đó sẽ được dùng để xây dựng bất cứ công trình hay cấu trúc cần thiết nào. Đây quả là thành phần chủ chốt trong các tòa nhà hiện đại, nhưng từ thời xa xưa, các nền văn minh cổ đại cũng đã sử dụng nó một cách rất hữu hiệu.

Một trong những công trình bê tông cổ đại nổi tiếng nhất mà chúng ta không thể không nhắc đến là Đền Pantheon và Đấu trường La Mã (Colosseum) ở thủ đô Roma của Ý. Cả hai công trình này đều có thành phần chính là hỗn hợp tro núi lửa nguyên chất kết hợp với vôi (Canxi hiđroxit).

Đấu trường La Mã tại Roma, Ý. (Ảnh: Diliff/wikimedia)

Cùng với nhau chúng sẽ tạo nên xi măng, vốn sẽ cô đặc và gắn kết những hòn đá vôi có kích thước bằng nắm tay. Theo đó, công thức đặc thù này sẽ tạo ra một mạng lưới các tinh thể chống lại sự lan rộng của các vết nứt – vốn là nhược điểm của bê tông hiện đại. Kết quả là một vật liệu vô cùng vững chắc, mà trên rất nhiều phương diện, sẽ vượt trội hơn so với bê tông ngày nay. Một minh chứng cho điều này là mái vòm đồ sộ của Đền Pantheon, mà với đường kính 43m, vẫn là mái vòm bê tông không có cốt thép lớn nhất trên thế giới.

Mái vòm Đền Pantheon – được làm hoàn toàn bằng bê tông. (Ảnh: MatthiasKabel/Wikimedia)

Ống nano chế tạo thép Damascus
Năm 1991 đánh dấu sự ra đời của ống nano cacbon, một loại vật liệu mà sau này được coi như là một “kỳ quan của thế giới nano”. Theo đó, các ống nano cacbon là một dạng thù hình của nguyên tố cacbon và chúng được cấu tạo từ nhiều hình trụ với các vách ngăn có độ dày chỉ bằng một nguyên tử.

Ống nano cacbon. (Ảnh: Nationalgeographic)

Cấu trúc tinh thể đặc biệt này đã làm cho ống nano cacbon có nhiều tính chất đặc biệt: nhẹ hơn thép 6 lần nhưng bền hơn thép 100 lần, có tính đàn hồi rất tốt, vừa có thể dẫn điện tốt ở điều kiện này lại vừa có thể trở thành bán dẫn ở điều kiện khác… Do những tính chất cơ, điện cùng nhiều tính chất hoá lý đặc biệt của mình, ống nano cácbon đã được ứng dụng trong các lĩnh vực như: chế tạo linh kiện điện tử có kích thước nano, các thiết bị lưu trữ năng lượng, nguồn phát xạ điện tử, v.v…

Thanh kiếm bằng thép Damascus được rèn bởi người Ba Tư vào thế kỷ 18. (Ảnh: Rahil Alipour Ata Abadi/wikimedia)

Tuy nhiên, vào năm 2006, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng, vào hàng trăm năm về trước, người dân ở Damascus (thủ đô của Syria) đã biết sử dụng các ống nano cacbon trong hoạt động chế tạo thép. Kết quả là họ đã tạo ra được những lưỡi gươm rất đẹp, được bao phủ trong các đường vân kim loại xoáy với độ bền chắc và sắc bén vượt trội.

Và mặc dù hiện nay chúng ta đã biết được chính xác thành phần cấu tạo nên loại thép Damascus, tuy nhiên các nhà luyện kim hiện đại vẫn chưa thể rèn thành công loại thép này.

Chất nhuộm của người Ai Cập cổ đại
William Perkin được cho là người đã chế tạo loại thuốc nhuộm hữu cơ đầu tiên khi vô tình phát hiện ra hợp chất mauveine tím trong lúc bào chế loại thuốc chống sốt rét quinin vào năm 1856.

Một hộp nhỏ nhuộm màu xanh dương của người Ai Cập cổ đại trong khoảng giai đoạn từ năm 750-700 TCN. Chiếc hộp hiện đang được trưng bày tại bảo tàng Altes ở Berlin, Đức. (Ảnh: Bairuilong/wikimedia)

Nhưng chất nhuộm tổng hợp đầu tiên có lẽ được làm ra bởi người Ai Cập cổ đại.

Bằng cách nung nóng một hỗn hợp gồm cát, tro, canxi cacbonat (có lẽ được chiết xuất từ vỏ sò, ốc …), và một quặng chứa đồng ở nhiệt độ trên 800°C, họ đã tạo ra silicat đồng canxi (CaCuSi4O10 hay CaOCuO(SiO2)4) màu xanh dương. Chất này sau đó có thể được sử dụng trong nước men để tạo ra hàng loạt các màu sắc khác nhau.

guồn: DKN - Tác giả: Mark Lorch, The Conversation.