Vậy làm thế nào để duy trì kích thước cánh quạt mà vẫn giữ cho trọng lượng nhẹ và độ bền cao? Mới đây, một nhà nghiên cứu đến từ đại học Case Western Reserve đã chế tạo một nguyên mẫu cánh quạt làm bằng các vật liệu có thể đáp ứng mục tiêu đặt ra.

Loại cánh quạt mới được phát triển bởi Marcio Loos - nhà nghiên sau tiến sĩ tại khoa kỹ thuật và khoa học cao phân tử đại học Case Western Reserve. Đây là cách quạt sử dụng vật liệu polyurethane gia cố bằng ống nano cacbon đầu tiên trên thế giới. Cánh quạt có độ dài 73,6 cm với trọng lượng nhẹ hơn, cứng và bền hơn so với cánh quạt truyền thống. Độ cứng của cánh quạt là một yếu tố quan trọng bởi cánh quạt sẽ bị uốn cong trong gió và một khi mất hình dạng tối ưu, tuabin sẽ thu được ít năng lượng hơn.

Để phát triển hoàn thiện nguyên mẫu, Loos đã hợp tác cùng các đồng nghiệp tại đại học Case Western Reserve và các nhà khảo sát đến từ viện khoa học vật liệu Bayer ở Pittsburgh và công ty Molded Fiber Glass tại Ashtabula, bang Ohio (Mỹ). Loos đã so sánh đặc tính của vật liệu mới và đặc tính của sợi thủy tinh nhựa thường được dùng để chế tạo cánh quạt tuabin hiện nay.

"Kết quả thử nghiệm cơ học vật liệu polyurethane gia cố bằng ống nano cacbon cho thấy vật liệu này tốt hơn so với loại nhựa sử dụng trên các cánh quạt tuabin gió hiện tại," giáo sư kỹ thuật và khoa học vật liệu Ica Manas-Zloczower cho biết.

Sau khi so sánh vật liệu gia cố, các nhà nghiên cứu nhận ra rằng ống nano cacbon nhẹ hơn so với sợi cacbon và nhôm. Đối với cùng một đơn vị, ống nano cacbon nhẹ hơn sợi cacbon 5 lần và nhẹ hơn nhôm 60 lần. Trong khi đó, bài kiểm tra độ mỏi kim loại cho thấy vật liệu composite polyurethane có độ bền gấp 8 lần so với nhựa epoxy gia cố bằng sợi thủy tinh. Tương tự với bài thí nghiệm đứt gãy, polyurethane cũng có độ chịu lực gấp 8 lần. Ngoài ra, vật liệu cũng được cho là tốt hơn so với nhựa vinyl ester gia cố bằng bằng sợi thủy tinh - một loại vật liệu khác thường dùng để chế tạo cánh quạt tuabin.