Dekton là gì? Hành trình từ đồ sứ cổ đại đến siêu vật liệu bếp hiện đại

Có một câu hỏi tưởng chừng đơn giản mà lại mở ra cả một lịch sử công nghệ: Dekton rốt cuộc là gì? Câu trả lời vừa nằm ở một vật liệu nhân tạo siêu bền ra đời năm 2013, vừa nằm ở thứ con người đã làm suốt hơn ba nghìn năm — đồ sứ. Và đằng sau đó là câu chuyện lớn hơn về khoa học vật liệu, một lĩnh vực đang lặng lẽ định hình lại thế giới vật chất mà chúng ta đang sống.

Mặt bếp vật liệu cao cấp

Một món đồ nhà bếp đắt đỏ và câu hỏi bất ngờ

Charles C Mann, cây bút của tạp chí The Atlantic, tự nhận mình là kẻ mê thiết bị nhà bếp. Khi vợ chồng ông tậu một chiếc bếp từ cao cấp — đắt đỏ so với một gia đình trung lưu — ông mới phát hiện ra một sự thật không hề được quảng cáo rõ ràng trên website: mặt bếp trơn phía trên các cuộn cảm ứng phải mua riêng từ một công ty khác.

Điều khiến ông bực mình hơn nữa là mặt bếp ấy không thể làm bằng kính cường lực — thứ ông vẫn tưởng nằm trên mọi bếp từ, giá chừng 30 USD mỗi foot vuông. Thay vào đó, nó phải là Dekton, một vật liệu đặc biệt mới ra đời, đắt gấp năm lần.

"Dekton rốt cuộc là cái quái gì vậy?" — ông tự hỏi, hoặc ít nhất là hỏi vợ mình.

Câu hỏi ấy có hai lời đáp, và cả hai đều đúng. Thứ nhất, Dekton là vật liệu nhân tạo do công ty Cosentino (Tây Ban Nha) phát minh năm 2013, có khả năng chịu nhiệt, chịu áp lực, chống trầy xước, chống vỡ và chống ố cực tốt — một chất công nghệ cao mà ba mươi năm trước gần như không thể chế tạo. Thứ hai, cũng đúng không kém: Dekton về bản chất chính là đồ sứ.

Đồ sứ: công nghệ cổ xưa nhất và cũng mới nhất

Nghịch lý thay, sứ vừa là một trong những công nghệ lâu đời nhất của loài người, vừa là một trong những công nghệ mới nhất.

Những mảnh tiền sứ sơ khai xuất hiện cách đây hơn ba nghìn năm, và vào thời điểm đó, nó là một kỳ tích kỹ thuật đáng kinh ngạc — tiền đề cho sự phát triển của luyện kim sắt. Nếu công nghệ sắt có lần nở rộ thứ hai vào giữa thế kỷ 19 nhờ các quy trình luyện thép Bessemer và Siemens-Martin, thì sứ đang có cuộc hồi sinh của riêng mình ngay hôm nay.

Thế giới đang dồn sự chú ý vào sự trỗi dậy của kỹ thuật số và trí tuệ nhân tạo. Nhưng chính sự tập trung đó đôi khi che khuất một cuộc chuyển mình quan trọng không kém: khoa học vật liệu đang thay đổi môi trường xây dựng quanh ta. Nó tạo ra một dòng thác đổi mới len lỏi đến mức gần như vô hình, và sứ chính là lời nhắc nhở rằng khát vọng tạo ra những loại vật chất mới từ lâu đã là động lực mạnh mẽ của lịch sử nhân loại.

Cao lanh và bí quyết của người Trung Quốc

Bước đầu tiên dẫn tới đồ sứ diễn ra khi những người thợ gốm ở miền bắc Trung Quốc bắt đầu thử nghiệm một loại đất sét đặc biệt: màu trắng như phấn, hạt mịn, gọi là cao lanh.

Đất sét thông thường trông như một khối vô định hình, nhưng thực chất cấu tạo từ vô số tinh thể siêu nhỏ xếp thành từng phiến phẳng chồng lên nhau như bộ bài, được giữ với nhau lỏng lẻo bởi các nhóm hydroxyl (-OH). Khi nung trong lò, các nhóm hydroxyl rung lên và tách ra, khiến các phiến sụp đổ rồi tái tạo thành những tinh thể hình kim dài, đan khóa vào nhau thành cấu trúc vững chắc. Lượng hydroxyl tự do kết hợp lại thành phân tử nước, bốc hơi trong lò, để lại oxy trong các tinh thể mới.

Khi nhiệt độ vượt ngưỡng khoảng 1.200 độ C — cao hơn hẳn mức nung gốm thông thường — cao lanh làm thêm một việc kỳ diệu nữa. Silicon và oxy tách ra tạo thành silica, hình thành một loại thủy tinh lỏng đặc quánh, lấp đầy mọi khoảng trống quanh và trong mạng lưới tinh thể hình kim. Kết quả là một khối đặc, liền mạch, trong mờ: đồ sứ.

Để làm được điều đó, thợ gốm Trung Quốc phải giải quyết hàng loạt bài toán kỹ thuật. Lò nung thông thường không đạt tới nhiệt độ cần thiết, phần vì cửa thoát khí đặt trên "nóc" lò để hơi nóng thoát ra nhanh như khi nó được tạo ra. Họ thiết kế hệ thống lò thông hơi xuống dưới (downdraft), buộc khí nóng thoát qua đáy để giữ nhiệt quanh đồ gốm. Lò thường sẽ nứt hoặc chảy ở nhiệt độ cao như vậy, nên họ phát minh loại gạch chịu nhiệt mới. Cứ thế, từng bước một.

Cuộc săn lùng "vàng trắng" của người châu Âu

Khi người châu Âu lần đầu nhìn thấy đồ sứ Đông Á, có lẽ vào thế kỷ 13, họ sững sờ. Cứng hơn, bền hơn, mịn hơn, óng ả hơn mọi loại gốm khác, nó trở thành đối tượng khao khát ám ảnh — thứ "vàng trắng" của giới quyền quý châu Âu. Những bộ đồ ăn sứ trắng bóng loáng trở thành biểu tượng xa xỉ, chẳng khác gì máy bay riêng hay câu lạc bộ chỉ dành cho hội viên của thời Phục hưng.

Không hài lòng với giá cao mà thương nhân nhập khẩu đặt ra, giới tinh hoa châu Âu đổ tiền vào nỗ lực tự làm sứ — và thất bại toàn diện suốt nhiều thế kỷ. Vấn đề then chốt: không ai ở lục địa này biết sứ được làm từ cao lanh. Cũng không ai biết rằng chỉ cao lanh thôi thì chưa đủ lượng silicate thủy tinh lỏng để tạo sứ đúng chuẩn, nên thợ gốm Trung Quốc phải thêm đá Trung Quốc nghiền nhỏ — một loại đá granite phân hủy một phần, chứa silicon.

Nỗ lực làm trắng đồ gốm bằng cách thêm oxit thiếc và thủy tinh nghiền đã cho ra đời maiolica Ý, faience Pháp và Delftware Hà Lan. Đẹp thì có đẹp, nhưng thiếu ba phẩm chất của sứ thật: không thấm nước, độ bền kéo cao, và tiếng kêu đặc trưng khi gõ thìa vào thành cốc.

Tschirnhaus, Böttger và bí mật bị đánh cắp

Bước ngoặt đến từ Bá tước Ehrenfried Walther von Tschirnhaus (1651–1708), một nhà toán học, vật lý và triết học vùng Sachsen. Từ khoảng năm 1679, ông say mê nghiên cứu đồ sứ, dùng gương đồng lõm để hội tụ ánh sáng mặt trời cực nóng lên nhiều loại kim loại, khoáng chất và gốm. Sau đó ông nhận ra thấu kính thủy tinh hiệu quả hơn gương và phát minh phương pháp đúc thấu kính lớn, dày để tập trung ánh sáng.

Mùa đông 1693–94, Tschirnhaus phát hiện một loại đất sét không tan chảy, đào từ Colditz, cách Leipzig khoảng 40 km về phía đông nam. Loại đất ấy chứa cao lanh — dĩ nhiên ông không hề biết. Trộn thêm thạch cao hoặc phấn rồi nung, ông thu được một loại gốm cứng, vàng nhạt, hơi trong, mà ông gọi là "sứ sáp". Đáng tiếc, ông không thể sản xuất số lượng lớn: thấu kính chỉ tập trung ánh sáng vào vùng 10–15 cm vuông.

Cùng lúc đó, một kẻ lang băm trẻ tuổi ở Phổ tên Johann Friedrich Böttger tuyên bố đã tìm ra Alltinktur — chất giả kim chữa mọi bệnh và biến kim loại thành vàng. Vua Phổ thèm vàng lập tức ra lệnh bắt giữ. Böttger trốn sang Sachsen, và lập tức bị chính vua Sachsen Augustus the Strong bắt giữ, giam trong một căn gác áp mái ngoài Dresden, buộc phải sản xuất vàng. Sau nhiều năm bất lực, năm 1704 Augustus giao Tschirnhaus giám sát công việc. Tschirnhaus, người chẳng mảy may quan tâm giả kim, rủ Böttger cùng nghiên cứu đồ sứ. Để giữ mạng, Böttger miễn cưỡng đồng ý.

Tháng 6/1708, viên quan khai khoáng Gottfried Pabst von Ohain tìm được nguồn đất sét trắng gần như cao lanh nguyên chất và gửi cho hai người còn lại. Trộn đất sét trắng với đá vôi nghiền, nung trong lò làm từ loại gạch đỏ mới, Tschirnhaus một tay tạo ra chiếc cốc trông và hành xử chẳng khác gì sứ trắng Trung Quốc.

Ông không sống để tận hưởng thành quả. Tháng 10 năm đó, Tschirnhaus đột ngột qua đời, được cho là vì kiết lỵ. Trên giường bệnh, ông trao cho Pabst von Ohain một chiếc hộp đen đựng tài liệu. Chiếc hộp sau này được tìm thấy trong đồ đạc của Böttger — có thể giải thích vì sao tháng 3/1709, Böttger viết thư cho Augustus, tự nhận là người duy nhất khám phá ra quy trình làm sứ.

Năm sau, Augustus chính thức cấp phép thành lập Royal Porcelain Manufacture ở Meissen và giao Böttger điều hành. Phải mất thêm mười năm, công nhân mới nhận ra "đất sét Trung Quốc" tốt hơn đá vôi. Meissen trở thành trung tâm sứ của châu Âu. Augustus kiếm được nhiều tiền đến mức xây cả một "cung điện Nhật Bản", chất đầy bản sao sứ Meissen của các tác phẩm châu Á, và khoe với khách rằng mình đã đánh bại người Trung Quốc — đúng, vì sứ Meissen cứng hơn và ít thấm nước hơn bản gốc.

Dekton: sứ phiên bản 3.0

Nếu Meissen là "Sứ 2.0", thì Dekton cho mặt bếp của Charles Mann là "Sứ 3.0" hoặc hơn thế.

Dekton được làm bằng cách nung hỗn hợp sứ, thủy tinh và thạch anh nghiền thành các tấm lớn, đưa qua một máy ép thủy lực khổng lồ tạo áp lực 25.000 tấn, rồi gia cố ở nhiệt độ 1.200 độ C. Quá trình này ngốn sáu năm nghiên cứu và gần 200 triệu USD.

Gốm truyền thống chứa các lỗ rỗng và khuyết tật siêu nhỏ, hoạt động như "điểm tập trung ứng suất" — chúng dồn năng lượng từ va chạm thay vì phân tán, gây nứt vỡ. Nhiệt độ và áp suất cao trong quy trình Dekton khiến các nguyên tử trong hạt cao lanh và thạch anh khuếch tán qua ranh giới tiếp xúc, biến toàn bộ khối vật liệu thành một thể rắn thống nhất. Nhờ vậy, Dekton gần như xóa bỏ điểm yếu cố hữu của sứ: độ giòn và sự mong manh về cấu trúc.

Cuộc cách mạng vật liệu đang diễn ra quanh ta

Dekton chỉ là một phần trong cuộc hồi sinh rộng lớn hơn của sứ, mà bản thân nó lại là một phần của cuộc cách mạng khoa học vật liệu còn lớn hơn nữa. Lĩnh vực này ra đời từ thập niên 1940–1950, khi các nhà vật lý, hóa học và kỹ sư buộc phải hợp tác trong Thế chiến II, Chiến tranh Lạnh và cuộc chạy đua không gian. Nhưng nó thực sự bùng nổ từ thập niên 1980–1990 nhờ các kỹ thuật đo lường và chế tạo chính xác. Hầu hết đổi mới đều mang tính tích lũy, nhưng tổng thể tạo ra tác động khổng lồ.

Hai ví dụ cá nhân của tác giả cho thấy rõ điều đó:

• Gạch chống trượt kích hoạt bằng nước: Mẹ vợ ông bị thương vĩnh viễn vì trượt trên gạch sứ ướt — tai nạn xảy ra với hàng chục nghìn người Mỹ mỗi năm. Trước đây, gạch chống trượt được phủ hạt nhám ráp như giấy nhám, rất khó ưa trong nhà. Mười năm trước, các hãng gạch Ý và Tây Ban Nha như Ceramica Sant'Agostino và Inalco giới thiệu loại gạch "kích hoạt khi ướt", với hợp chất tinh thể đặc biệt nung lên bề mặt. Khi khô, chúng trông và cảm giác như gạch sứ thường. Nhưng khi ướt và có người giẫm lên, áp lực đẩy nước vào hàng nghìn lỗ rỗng trên mặt, tạo hiệu ứng giác hút giữa bàn chân và viên gạch, lập tức giảm trơn trượt. Tính nhẩm nhanh cho thấy lượng đau khổ mà loại gạch này ngăn được tương đương, về số ca tử vong phòng ngừa, với việc chữa khỏi ung thư ở trẻ em.

• Khớp háng bằng sứ và giàn giáo sinh học: Con gái ông, bị nhiễm trùng xương hiếm gặp năm 11 tuổi, giờ mang khớp háng bằng sứ — chọn sứ vì các khớp thay thế bằng cobalt và chromium trước đây có thể giải phóng ion kim loại vào máu, ảnh hưởng đến thai nhi. Cũng khoảng thời gian đó, các nhà nghiên cứu ứng dụng in 3D để tạo cấu trúc "gốm sinh học" xốp dạng mạng lưới thay thế xương khiếm khuyết. Chúng không phải bộ phận thay thế vĩnh viễn mà là giàn giáo cho mạch máu và tế bào xương di chuyển vào, dần dần tan đi và được thay bằng mô của chính bệnh nhân.

Còn nhiều ứng dụng nữa: công nghệ nano lấp lỗ rỗng sứ để tăng độ sâu màu và chống ố, in lớp ion bạc để kháng khuẩn, hay dùng lithium disilicate làm trụ răng siêu mỏng có độ bền chưa từng có.

Có lẽ cách nói hay nhất là thế này: bà của tác giả, người từng trân trọng bày bộ sứ Meissen mỏng như vỏ trứng của mẹ mình trên tủ, hẳn sẽ kinh ngạc khi biết cháu trai mình đang nấu ăn trên một tấm sứ mỏng, thản nhiên đặt những nồi nước sôi nặng trịch lên mặt nó. Nhưng khi ông cố giải thích điều đó kỳ diệu đến mức nào với con trai mình, thằng bé chỉ nhìn ông trống rỗng. Nó chưa từng sống trong một thế giới không được làm bằng sứ.

Góc nhìn cho độc giả Việt Nam

Câu chuyện này mang nhiều hàm ý trực tiếp cho thị trường Việt Nam. Vật liệu ốp lát và mặt bàn bếp cao cấp như Dekton, hay các dòng gạch "chống trượt kích hoạt khi ướt", đang ngày càng phổ biến trong các dự án nhà ở và khách sạn cao cấp tại các đô thị lớn. Đây cũng là lĩnh vực mà các doanh nghiệp vật liệu xây dựng trong nước có thể tham gia chuỗi giá trị, từ nhập khẩu và gia công đến nghiên cứu phát triển sản phẩm nội địa.

Sâu xa hơn, câu chuyện về sứ là lời nhắc nhở về một xu hướng dễ bị bỏ qua trong thời đại mà AI và phần mềm chiếm trọn sự chú ý: cuộc cách mạng vật liệu vẫn đang diễn ra âm thầm, và những bước tiến trong đó có thể tác động đến đời sống thường ngày — an toàn, sức khỏe, y tế — không kém gì những đột phá kỹ thuật số ồn ào hơn.

Nguồn tham khảo: Works in Progress, bài viết của Charles C Mann.