Theo Hiệp hội Công trình nước của Hoa Kỳ, mỗi năm trên toàn quốc xảy ra khoảng 250 nghìn trường hợp rò rỉ đường ống nước với chi phí khắc phục lên đến gần 2,8 tỷ USD/năm.
Xuất phát từ mong muốn đơn giản hóa quy trình phát hiện rò rỉ đường ống nước, nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Washington đã tạo ra loại giấy thông minh có khả năng “cảm nhận” sự hiện diện của nước. Giấy được chế tạo từ vật liệu nano dẫn điện, được dùng làm công tắc bật hoặc tắt đèn LED hoặc cho hệ thống cảnh báo sự xuất hiện của nước. Nghiên cứu mới được công bố trên Tạp chí Materials Chemistry A.
Anthony Dichiara, Phó giáo sư khoa học và kỹ thuật tài nguyên sinh vật cùng với một nhóm sinh viên tại trường Đại học Washington đã kết hợp thành công vật liệu nano vào giấy để giấy có khả năng dẫn điện và cảm nhận sự có mặt của nước. Từ bột giấy, nhóm nghiên cứu đã tạo ra các sợi gỗ và hòa trộn vào trong vật liệu nano qua quy trình sản xuất giấy thông thường, nhưng trước đây chưa từng được sử dụng để chế tạo giấy cảm biến.
Việc phát hiện giấy có khả năng nhận thấy sự có mặt của nước là do sự cố ngẫu nhiên. Những giọt nước rơi vào giấy dẫn điện mà nhóm nghiên cứu chế tạo, đã làm tắt đèn LED. Những giọt nước dù ban đầu được cho là làm hỏng giấy, nhưng không phải vậy. Qua đó, các nhà khoa học đã tạo ra một loại giấy nhạy cảm với nước.
Khi nước tiếp xúc với giấy, các tế bào sợi của giấy phồng lên gấp 3 lần so với kích thước ban đầu. Điều đó làm thay đổi vật liệu nano dẫn điện bên trong giấy, gây gián đoạn các kết nối điện, làm tắt đèn LED. Quá trình này hoàn toàn có thể đảo ngược và khi giấy khô, mạng lưới điện được khôi phục nên giấy có thể được sử dụng nhiều lần.
Các nhà nghiên cứu dự báo về ứng dụng, trong đó giấy dẫn điện gắn pin có thể được đặt xung quanh đường ống hoặc dưới một mạng lưới đường ống nước đan xen phức tạp trong nhà máy sản xuất. Nếu đường ống bị rò rỉ, giấy sẽ cảm nhận được sự hiện diện của nước, sau đó truyền tín hiệu điện bằng phương thức không dây đến trung tâm điều khiển để kỹ thuật viên có thể nhanh chóng định vị và khắc phục sự cố. Ngoài ra, giấy rất nhạy nên có thể phát hiện ra dấu vết của nước trong hỗn hợp chất lỏng khác. Khả năng phân biệt nước với các phân tử khác đặc biệt có giá trị đối với các ngành công nghiệp dầu khí và nhiên liệu sinh học, nơi nước được coi là tạp chất.
Vật liệu nano dùng để tạo ra loại giấy thông minh đã được thiết kế để có thể kết hợp vào trong các quy trình sản xuất giấy thông thường mà không cần thay đổi. Những vật liệu này được làm từ cacbon dẫn điện tốt. Vì cacbon được tìm thấy trong tất cả các sinh vật sống, do đó, gần như tất cả vật liệu tự nhiên đều có thể được đốt cháy để sản xuất than và sau đó, chiết xuất các nguyên tử cacbon để tổng hợp vật liệu. Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm chế tạo vật liệu nano từ vỏ chuối, vỏ cây, thậm chí là phân động vật. Ngoài ra, họ còn nỗ lực chế tạo vật liệu nano từ những mẩu gỗ để chứng minh toàn bộ quy trình sản xuất giấy có thể được hoàn thành với vật liệu rẻ tiền.
Nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ thử nghiệm quy trình tại các máy sản xuất giấy công nghiệp, cần nhiều vật liệu nano và bột giấy.