Những năm gần đây, vật liệu siêu bền graphene đã thu hút rất nhiều sự chú ý. Nhưng graphene là gì? Hãy tưởng tượng một chất mạnh hơn thép 200 lần nhưng nhẹ hơn giấy 1000 lần.
Năm 2004, hai nhà khoa học từ Đại học Manchester, Andrei Geim và Konstantin Novoselov, đã "thử nghiệm" với than chì. Đúng vậy, chính là chất liệu bạn tìm thấy ở đầu bút chì. Họ tò mò về vật liệu này và muốn biết liệu nó có thể được loại bỏ nguyên khối hay không. Vì vậy, họ đã tìm ra một công cụ khác thường: băng keo.
“Bạn dán [băng keo] lên trên than chì hoặc mica rồi bóc lớp trên cùng ra,” Heim giải thích với BBC. Các mảnh than chì sẽ bay ra khỏi băng keo. Sau đó, gấp băng keo làm đôi và dán vào tấm trên cùng, rồi tách chúng ra lần nữa. Sau đó, bạn lặp lại quá trình này 10 hoặc 20 lần.
“Mỗi lần các mảnh vụn vỡ ra thành những mảnh nhỏ hơn nữa. Cuối cùng, chỉ còn lại những mảnh rất nhỏ trên dây đai. Bạn hòa tan băng dính và mọi thứ sẽ tan ra.”
Thật bất ngờ, phương pháp dùng băng dính lại mang đến kết quả tuyệt vời. Thí nghiệm thú vị này đã dẫn đến việc phát hiện ra các mảnh graphene đơn lớp.
Năm 2010, Heim và Novoselov đã nhận giải Nobel Vật lý cho phát hiện ra graphene, một vật liệu được cấu tạo từ các nguyên tử carbon sắp xếp theo mạng lưới lục giác, tương tự như lưới thép gai.
Một trong những lý do chính khiến graphene trở nên tuyệt vời là cấu trúc của nó. Một lớp graphene nguyên chất duy nhất xuất hiện như một lớp các nguyên tử carbon được sắp xếp theo cấu trúc mạng lưới lục giác. Cấu trúc dạng tổ ong ở cấp độ nguyên tử này mang lại cho graphene độ bền đáng kinh ngạc.
Graphene cũng là một chất dẫn điện tuyệt vời. Ở nhiệt độ phòng, nó dẫn điện tốt hơn bất kỳ vật liệu nào khác.
Bạn còn nhớ những nguyên tử carbon mà chúng ta đã thảo luận không? Mỗi nguyên tử carbon đều có thêm một electron gọi là electron pi. Electron này di chuyển tự do, cho phép nó dẫn điện qua nhiều lớp graphene với điện trở rất thấp.
Nghiên cứu gần đây về graphene tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã phát hiện ra một điều gần như kỳ diệu: khi bạn xoay nhẹ (chỉ 1,1 độ) hai lớp graphene lệch khỏi vị trí thẳng hàng, graphene sẽ trở thành chất siêu dẫn.
Điều này có nghĩa là nó có thể dẫn điện mà không gặp điện trở hoặc sinh nhiệt, mở ra những khả năng thú vị cho công nghệ siêu dẫn trong tương lai ở nhiệt độ phòng.
Một trong những ứng dụng được mong đợi nhất của graphene là trong pin. Nhờ khả năng dẫn điện vượt trội, chúng ta có thể sản xuất pin graphene sạc nhanh hơn và có tuổi thọ cao hơn so với pin lithium-ion hiện đại.
Một số công ty lớn như Samsung và Huawei đã đi theo con đường này, với mục tiêu đưa những tiến bộ này vào các thiết bị điện tử hàng ngày của chúng ta.
“Đến năm 2024, chúng tôi kỳ vọng sẽ có nhiều sản phẩm graphene được bán trên thị trường”, Andrea Ferrari, giám đốc Trung tâm Graphene Cambridge và nhà nghiên cứu tại Graphene Flagship, một sáng kiến do European Graphene điều hành, cho biết. Công ty này đang đầu tư 1 tỷ euro vào các dự án hợp tác. Liên minh này thúc đẩy sự phát triển của công nghệ graphene.
Các đối tác nghiên cứu của Flagship đã và đang tạo ra pin graphene cung cấp dung lượng cao hơn 20% và năng lượng cao hơn 15% so với các loại pin năng lượng cao tốt nhất hiện nay. Các nhóm nghiên cứu khác đã tạo ra các tế bào quang điện dựa trên graphene có hiệu suất chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng cao hơn 20%.
Mặc dù đã có một số sản phẩm ban đầu khai thác được tiềm năng của graphene, chẳng hạn như thiết bị thể thao Head, nhưng điều tốt đẹp nhất vẫn còn ở phía trước. Như Ferrari đã nhận xét: “Chúng ta nói về graphene, nhưng trên thực tế, chúng ta đang nói về rất nhiều lựa chọn khác đang được nghiên cứu. Mọi thứ đang đi đúng hướng.”
Bài viết này đã được cập nhật bằng công nghệ trí tuệ nhân tạo, kiểm chứng thông tin và biên tập bởi các biên tập viên của HowStuffWorks.
Hãng sản xuất dụng cụ thể thao Head đã sử dụng vật liệu tuyệt vời này. Vợt tennis Graphene XT của họ được cho là nhẹ hơn 20% ở cùng trọng lượng. Đây thực sự là công nghệ mang tính cách mạng!
`;t.byline_authors_html&&(e+=`Tác giả: ${t.byline_authors_html}`),t.byline_authors_html&&t.byline_date_html&&(e+=” | “),t.byline_date_html&&(e+=t.byline_date_html);var i=t.body_html .replaceAll('”pt','”pt'+t.id+”_”); return e+=`\n\t\t\t\t`
Thời gian đăng bài: 21/11/2023