Vật liệu làm thay đổi sự phát triển của nhân loại

GD&TĐ - Trong lịch sử nhân loại, vật liệu mới không chỉ phục vụ đời sống, mà còn âm thầm định hình hướng đi của nền văn minh.



Những phát minh mới có thể tạo ra làn sóng đổi thay trong công nghiệp, chính trị và thói quen sống hàng ngày.

Thủy tinh

Vào đầu thế kỷ 13, các nghệ nhân chế khắc thủy tinh từ Đế chế Byzantine di cư sang Venice, Italy, thời điểm này là trung tâm quyền lực và thịnh vượng của châu Âu. Tác phẩm của họ nhanh chóng được giới quý tộc Venice ưa chuộng. Tuy nhiên, lo ngại về nguy cơ hỏa hoạn từ các lò nung, chính quyền địa phương đã đày những người thợ này ra đảo Murano.

Tại Murano, nghề làm thủy tinh phát triển rực rỡ. Đến thế kỷ 15, nghệ nhân Angelo Barovier thử nghiệm thêm tro từ cây đốt cháy chứa kali vào thủy tinh, giúp hạ nhiệt độ nóng chảy, loại bỏ bong bóng, từ đó nâng cao độ trong cho sản phẩm. Kết quả là loại thủy tinh trong suốt ra đời, là nguyên liệu để chế tạo kính mắt hay kính lúp.

Vào năm 1455, sau khi nhà khoa học Johannes Gutenberg phát minh ra máy in, sách vở trở nên phổ biến trên toàn châu Âu. Cùng lúc đó, nhu cầu đeo kính để đọc sách tăng mạnh trong giới học giả, thương nhân và giáo sĩ, biến nghề làm kính trở thành một lĩnh vực chính thức.

Sang thế kỷ 17, kính mắt phát triển thành thiết bị quang học phức tạp. Nhà khoa học Galileo Galilei sử dụng kính viễn vọng, còn nhà khoa học Antonie van Leeuwenhoek quan sát vi khuẩn dưới kính hiển vi. Những dụng cụ này không chỉ mở rộng khả năng quan sát của con người, mà còn đặt nền móng cho khoa học thực nghiệm, nơi tri thức được hình thành thông qua đo lường và kiểm chứng.

Ngày nay, Kính viễn vọng không gian James Webb hay Đài quan sát Vera C. Rubin vẫn tiếp nối sứ mệnh mở rộng hiểu biết của nhân loại về vũ trụ và chính bản thân mình. Tất cả đều bắt nguồn từ những miếng thủy tinh trong suốt.

Thép



Cuối thế kỷ 18 và 19, cách mạng công nghiệp thúc đẩy nhu cầu cấp thiết về vật liệu bền, chắc và hiệu quả cho máy móc, đường sắt, tàu thuyền và cơ sở hạ tầng. Thép, một hợp kim chủ yếu từ sắt pha với một lượng nhỏ carbon và các nguyên tố khác đã đáp ứng hoàn hảo yêu cầu đó. Đây là vật liệu rẻ, cứng và dễ sản xuất.

Những quốc gia sản xuất thép quy mô lớn nhanh chóng trở thành cường quốc kinh tế và chính trị, chi phối các quyết sách địa chính trị toàn cầu. Năm 1750, Quốc hội Anh ban hành Đạo luật Sắt, cấm các thuộc địa xuất khẩu thép thành phẩm nhằm giữ nguyên liệu thô phục vụ ngành công nghiệp trong nước.

Tại Anh, nhà khoa học Benjamin Huntsman đã cải tiến quy trình luyện thép bằng nồi nấu gốm cao hơn một mét ở Sheffield, cho ra đời loại thép chất lượng cao dùng cho công cụ và vũ khí. Một thế kỷ sau, nhà khoa học Henry Bessemer phát triển quy trình thổi oxy, bước ngoặt giúp tăng tốc độ và giảm chi phí sản xuất. Tại Mỹ, doanh nhân Andrew Carnegie áp dụng quy trình này để xây dựng một đế chế thép hùng mạnh.

Từ vật liệu xây dựng đến phương tiện giao thông và vũ khí chiến đấu, thép đã làm thay đổi cách con người kiến thiết, di chuyển và bảo vệ chính mình. Nhà cao tầng, tàu chiến, xe tăng, ô tô… đều mang dấu ấn của thép.

Trong thế kỷ 21, Trung Quốc trở thành biểu tượng cho sức mạnh thép mới. Từ mức đóng góp 10% vào sản lượng toàn cầu năm 1995, Trung Quốc vươn lên chiếm hơn 50% chỉ sau hai thập kỷ. Năm 2018, Mỹ áp thuế thép nhập khẩu từ Trung Quốc như một động thái phản ứng trước sự phát triển này.

Đất hiếm



Bước sang thế kỷ 21, quá trình số hóa và chuyển đổi sang năng lượng tái tạo khiến các nguyên tố đất hiếm trở thành nguồn tài nguyên chiến lược. Đất hiếm (Rare-earth element - REE) là tên gọi chung của một nhóm 17 nguyên tố hóa học thuộc bảng tuần hoàn, bao gồm Scandi (Sc), Ytri (Y) và 15 nguyên tố của nhóm Lanthan (La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu).

Các nguyên tố đất hiếm thường phân tán và không được tìm thấy tập trung thành các khoáng vật, điều này khiến việc khai thác đất hiếm thường rất khó khăn, tốn kém. Đó là lý do khiến các nguyên tố đất hiếm trở thành một nguồn tài nguyên quý giá.

Đất hiếm giữ vai trò thiết yếu trong nhiều ngành công nghiệp công nghệ cao hiện nay. Chúng được sử dụng để sản xuất nam châm vĩnh cửu trong động cơ xe điện, tua-bin gió, điện thoại thông minh, thiết bị quốc phòng, và cả vệ tinh viễn thông.

Nhờ đặc tính từ tính, quang học và điện học độc đáo, đất hiếm trở thành vật liệu không thể thay thế trong chuỗi cung ứng toàn cầu, đặc biệt trong cuộc đua phát triển công nghệ xanh và quốc phòng hiện đại. Chính vì thế, quốc gia nào nắm giữ nguồn cung đất hiếm cũng đồng thời nắm trong tay một lợi thế chiến lược quan trọng.

Hiện nay, Trung Quốc kiểm soát phần lớn năng lực chế biến đất hiếm toàn cầu. Điều này đặt ra rủi ro về gián đoạn chuỗi cung ứng trong bối cảnh căng thẳng thương mại và cạnh tranh chiến lược leo thang. Vật liệu này vì thế không chỉ là nền tảng công nghệ, mà còn trở thành quân cờ trong bàn cờ địa chính trị.

Trường hợp của đất hiếm cho thấy một vật liệu đơn lẻ cũng có thể ảnh hưởng sâu sắc đến chính sách thương mại, chiến lược công nghiệp và thậm chí cả hình thái của liên minh quốc tế.



Những phát minh mới có thể tạo ra làn sóng đổi thay trong công nghiệp, chính trị và thói quen sống hàng ngày.

Thủy tinh

Vào đầu thế kỷ 13, các nghệ nhân chế khắc thủy tinh từ Đế chế Byzantine di cư sang Venice, Italy, thời điểm này là trung tâm quyền lực và thịnh vượng của châu Âu. Tác phẩm của họ nhanh chóng được giới quý tộc Venice ưa chuộng. Tuy nhiên, lo ngại về nguy cơ hỏa hoạn từ các lò nung, chính quyền địa phương đã đày những người thợ này ra đảo Murano.

Tại Murano, nghề làm thủy tinh phát triển rực rỡ. Đến thế kỷ 15, nghệ nhân Angelo Barovier thử nghiệm thêm tro từ cây đốt cháy chứa kali vào thủy tinh, giúp hạ nhiệt độ nóng chảy, loại bỏ bong bóng, từ đó nâng cao độ trong cho sản phẩm. Kết quả là loại thủy tinh trong suốt ra đời, là nguyên liệu để chế tạo kính mắt hay kính lúp.

Vào năm 1455, sau khi nhà khoa học Johannes Gutenberg phát minh ra máy in, sách vở trở nên phổ biến trên toàn châu Âu. Cùng lúc đó, nhu cầu đeo kính để đọc sách tăng mạnh trong giới học giả, thương nhân và giáo sĩ, biến nghề làm kính trở thành một lĩnh vực chính thức.

Sang thế kỷ 17, kính mắt phát triển thành thiết bị quang học phức tạp. Nhà khoa học Galileo Galilei sử dụng kính viễn vọng, còn nhà khoa học Antonie van Leeuwenhoek quan sát vi khuẩn dưới kính hiển vi. Những dụng cụ này không chỉ mở rộng khả năng quan sát của con người, mà còn đặt nền móng cho khoa học thực nghiệm, nơi tri thức được hình thành thông qua đo lường và kiểm chứng.

Ngày nay, Kính viễn vọng không gian James Webb hay Đài quan sát Vera C. Rubin vẫn tiếp nối sứ mệnh mở rộng hiểu biết của nhân loại về vũ trụ và chính bản thân mình. Tất cả đều bắt nguồn từ những miếng thủy tinh trong suốt.

Thép



Cuối thế kỷ 18 và 19, cách mạng công nghiệp thúc đẩy nhu cầu cấp thiết về vật liệu bền, chắc và hiệu quả cho máy móc, đường sắt, tàu thuyền và cơ sở hạ tầng. Thép, một hợp kim chủ yếu từ sắt pha với một lượng nhỏ carbon và các nguyên tố khác đã đáp ứng hoàn hảo yêu cầu đó. Đây là vật liệu rẻ, cứng và dễ sản xuất.

Những quốc gia sản xuất thép quy mô lớn nhanh chóng trở thành cường quốc kinh tế và chính trị, chi phối các quyết sách địa chính trị toàn cầu. Năm 1750, Quốc hội Anh ban hành Đạo luật Sắt, cấm các thuộc địa xuất khẩu thép thành phẩm nhằm giữ nguyên liệu thô phục vụ ngành công nghiệp trong nước.

Tại Anh, nhà khoa học Benjamin Huntsman đã cải tiến quy trình luyện thép bằng nồi nấu gốm cao hơn một mét ở Sheffield, cho ra đời loại thép chất lượng cao dùng cho công cụ và vũ khí. Một thế kỷ sau, nhà khoa học Henry Bessemer phát triển quy trình thổi oxy, bước ngoặt giúp tăng tốc độ và giảm chi phí sản xuất. Tại Mỹ, doanh nhân Andrew Carnegie áp dụng quy trình này để xây dựng một đế chế thép hùng mạnh.

Từ vật liệu xây dựng đến phương tiện giao thông và vũ khí chiến đấu, thép đã làm thay đổi cách con người kiến thiết, di chuyển và bảo vệ chính mình. Nhà cao tầng, tàu chiến, xe tăng, ô tô… đều mang dấu ấn của thép.

Trong thế kỷ 21, Trung Quốc trở thành biểu tượng cho sức mạnh thép mới. Từ mức đóng góp 10% vào sản lượng toàn cầu năm 1995, Trung Quốc vươn lên chiếm hơn 50% chỉ sau hai thập kỷ. Năm 2018, Mỹ áp thuế thép nhập khẩu từ Trung Quốc như một động thái phản ứng trước sự phát triển này.

Đất hiếm



Bước sang thế kỷ 21, quá trình số hóa và chuyển đổi sang năng lượng tái tạo khiến các nguyên tố đất hiếm trở thành nguồn tài nguyên chiến lược. Đất hiếm (Rare-earth element - REE) là tên gọi chung của một nhóm 17 nguyên tố hóa học thuộc bảng tuần hoàn, bao gồm Scandi (Sc), Ytri (Y) và 15 nguyên tố của nhóm Lanthan (La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu).

Các nguyên tố đất hiếm thường phân tán và không được tìm thấy tập trung thành các khoáng vật, điều này khiến việc khai thác đất hiếm thường rất khó khăn, tốn kém. Đó là lý do khiến các nguyên tố đất hiếm trở thành một nguồn tài nguyên quý giá.

Đất hiếm giữ vai trò thiết yếu trong nhiều ngành công nghiệp công nghệ cao hiện nay. Chúng được sử dụng để sản xuất nam châm vĩnh cửu trong động cơ xe điện, tua-bin gió, điện thoại thông minh, thiết bị quốc phòng, và cả vệ tinh viễn thông.

Nhờ đặc tính từ tính, quang học và điện học độc đáo, đất hiếm trở thành vật liệu không thể thay thế trong chuỗi cung ứng toàn cầu, đặc biệt trong cuộc đua phát triển công nghệ xanh và quốc phòng hiện đại. Chính vì thế, quốc gia nào nắm giữ nguồn cung đất hiếm cũng đồng thời nắm trong tay một lợi thế chiến lược quan trọng.

Hiện nay, Trung Quốc kiểm soát phần lớn năng lực chế biến đất hiếm toàn cầu. Điều này đặt ra rủi ro về gián đoạn chuỗi cung ứng trong bối cảnh căng thẳng thương mại và cạnh tranh chiến lược leo thang. Vật liệu này vì thế không chỉ là nền tảng công nghệ, mà còn trở thành quân cờ trong bàn cờ địa chính trị.

Trường hợp của đất hiếm cho thấy một vật liệu đơn lẻ cũng có thể ảnh hưởng sâu sắc đến chính sách thương mại, chiến lược công nghiệp và thậm chí cả hình thái của liên minh quốc tế.