※ Hình ảnh chụp bằng kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscopy- TEM), nguồn: CRANN
Graphene từ trước đến nay vẫn luôn được giới thiệu là một vật liệu trong mơ, là vật chất mỏng nhất thế giới nhưng lại siêu bền. Thế nhưng đến tận bây giờ, việc sản xuất graphene ở cấp độ công nghiệp vẫn còn rất nhiều khó khăn. Các phương pháp hiện tại đều bị vướng mắc giữa chất lượng và số lượng. Họ phải lựa chọn hoặc là sản xuất graphene với chất lượng tốt nhưng số lượng ít, hoặc là sản xuất ồ ạt nhưng kèm theo đó là các khuyết tật của vật liệu.
Dù sao thì đó cũng là việc của các công ty công nghiệp, còn với cá nhân, bạn đã bao giờ suy nghĩ đến việc tự làm graphene chưa? Nếu đã từng nhưng chưa biết làm sao thì đây có thể sẽ là tin vui cho bạn. Một nhóm nghiên cứu đến từ Anh và Ireland đã có một công bố về việc tạo ra những tấm graphene ở cấp độ tế vi bằng … một cái máy xay sinh tố.
Nhóm nghiên cứu đã gom những vụn than chì (powdered graphite), nghe thì có thể hơi lạ nhưng nó chính là ruột của những cây bút chì mà bạn có thể dễ dàng mua được ở các các cửa hàng văn phòng phẩm. Sau đó,họ đặt chúng vào một thùng chứa đặc biệt, có chứa một loại dung dịch tẩy da chết (exfoliating liquid) và hòa trộn ở tốc độ cao. Kết quả, họ thu được những tấm graphene siêu nhỏ, với bề dày chỉ khoảng 1 nm (nanometer), dài 100 nm, lửng lơ trong dung dịch.
Chính lực tạo ra bởi các lưỡi dao xoay trong máy xay sinh tố đã tách các lớp graphene ra khỏi than chì mà không gây tổn hại gì đến cấu trúc hai chiều (2D) của chúng. Ông Jonathan Coleman, đồng tác giả của nghiên cứu, giáo sư vật lý hóa học tại Đại Học Trinity College Dublin tuyên bố “Chúng tôi đã phát triển một cách mới để tạo ra các tấm graphene. Phương pháp này cho phép tạo ra rất nhiều graphene nhưng không có bất kỳ khuyết tật nào”.
Mặc dù ban đầu nhóm nghiên cứu đã sử dụng một thiết bị công nghiệp gọi là shear mixer (tạm dịch: máy trộn), nhưng nhóm cũng đã lặp lại thành công thí nghiệm với một máy xay sinh tố cá nhân. Dung dịch được tạo ra có thể được quét lên các bề mặt như quét sơn để tạo thành các lớp bảo vệ bằng graphene, hoăc trộn với nhựa để sản xuất ra các vật liệu tổng hợp, gia cố.
Ông Coleman cũng cho biết “Trong phòng thí nghiệm chúng tôi chỉ tạo ra graphene ở mức độ grams. Tuy nhiên, nếu được mở rộng kích thước, hàng tấn graphene có thể được sản xuất”.
Như đã trình bày ở trên graphene là vật chất mỏng nhất thế giới, trong suốt và bền hơn cả thép. Ngoài ra nó còn là một siêu vật liệu dẫn điện, làm từ carbon với độ dày chỉ một nguyên tử. Từ năm 1947, graphene đã được xuất hiện trên các công bố lý thuyết. Thế nhưng trong hàng thập kỷ, các nhà vật lý vẫn không thể nào tách được chúng bởi những tấm tinh thể siêu mỏng đó không ổn định. Vấn đề này sau đó đã được giải quyết vào năm 2004, khi các nhà khoa học sử dụng băng dính để tách một lớp mỏng ra khỏi graphite. Sau đó, lớp vật liệu đó lại được tách nhỏ hơn bằng băng dính để cuối cùng thu được những lớp vật liệu siêu mỏng còn lại- đó chính là các tấm graphene.
Kể từ đó càng ngày con người càng háo hức hơn trong việc ứng dụng graphene vào công nghiệp. Với đặc tính truyền dẫn, graphene được kỳ vọng sẽ thay thế cho vật liệu bán dẫn trong các máy tính thế hệ mới, màn hình cảm ứng, cảm biến, pin hay pin mặt trời…
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố trên tạp chí Nature Materials, và phương pháp chế tạo này đã được một công ty (tài trợ cho nghiên cứu) đăng ký bản quyền.
Biên dịch: Trungmaster, theo Phys.
Link công bố:
K.R. Paton, T.J. Pennycook, et al., Scalabale production of large quantities of defect-free few-layer graphene by shear exfoliation in liquids, Nature Materials, 13, pp. 624-630, 2014.
