Untitled 57 Soá 12 naêm 2018 KH&CN nước ngoài Đôi nét về graphene Graphen (hay graphene) được phát hiện bởi Andre Geim và Konstantin Sergeevich Novoselov vào năm 2004, là tấm riêng của các nguyên tử c[.]
kh&cnKH&CN nướcnướcngồi ngồi Graphene có thể giải qút vấn đề lớn của thế giới? Tại Hội nghị thượng đỉnh Liên hợp quốc thơng qua Chương trình nghị sự 2030 phát triển bền vững (SDG)*, nhà Lãnh đạo giới thống 17 mục tiêu nhằm giải nhiều vấn đề thiết mang tính tồn cầu Với tính “thiên biến vạn hóa”, siêu vật liệu graphene được kỳ vọng sẽ góp phần giải hiệu 5/17 mục tiêu đặt Hội nghị Bài viết điểm qua số thành tựu tiêu biểu graphene giới thời gian gần để giúp bạn đọc có nhìn rõ cách mà vật liệu “trả lời” vấn đề lớn (nước sạch, phát thải khí nhà kính, phát triển sở hạ tầng, chăm sóc sức khỏe, an ninh lượng) Hội nghị SDG Đôi nét graphene Graphen (hay graphene) phát Andre Geim Konstantin Sergeevich Novoselov vào năm 2004, riêng ngun tử cácbon bó thành mạng hình tổ ong phẳng (2D) Vật liệu khối cấu tạo nên vật chất kiểu than chì bất chấp số chiều: bọc lại thành fulleren 0D, cuộn lại thành ống nano cácbon 1D hoặc xếp thành than chì 3D Graphene vật liệu có nhiều tính chất đặc biệt dẫn nhiệt, dẫn điện tốt, độ cứng lớn, gần suốt, có cấu trúc bền vững nhiệt độ thường Độ cứng graphene lớn nhiều so với vật liệu khác (cứng kim cương, gấp khoảng 200 lần so với thép) Đây nhờ liên kết cácbon - cácbon graphene cũng vắng mặt khiếm khuyết phần căng cao độ màng graphene Ở dạng tinh khiết, graphene dẫn điện tốt vật liệu khác nhiệt độ bình thường, tốt đồng triệu lần Hơn nữa, electron qua graphene không gặp điện trở nên sinh nhiệt Bản thân * Tổ chức vào tháng 9/2015 trụ sở Liên hợp quốc New York (Mỹ), với góp mặt đại diện 193 quốc gia Graphene graphene cũng chất dẫn nhiệt, cho phép nhiệt qua phát tán nhanh, với độ dẫn nhiệt khoảng 5.000 W/m.K Bên cạnh đó, người ta cịn quan sát hiệu ứng Hall lượng tử graphene nhiệt độ thường Bởi vậy, vật liệu nghiên cứu, ứng dụng mạnh mẽ nhiều lĩnh vực quan trọng tích trữ lượng, pin mặt trời, transistors, xúc tác, cảm biến, vật liệu polymer tổ hợp Hai nhà khoa học Andrei Geim Konstantin Sergeevich Novoselov khám phá graphene trao Giải Nobel Vật lý năm 2010 Graphene có thể giải quyết vấn đề lớn của thế giới? Tại Hội nghị thượng đỉnh Liên hợp quốc để thơng qua Chương trình nghị 2030 phát triển bền vững, nhà Lãnh đạo giới thống 17 mục tiêu nhằm giải nhiều vấn đề thiết mang tính tồn cầu Đây vấn đề khó thực khơng có vào liệt tất quốc gia, việc áp dụng triệt để tiến khoa học công nghệ Và dường giới khoa học tìm Số 12 năm 2018 57 KH&CN nước câu trả lời cho 5/17 vấn đề đặt ra, với từ: graphene Nước Đây mục tiêu thứ danh sách SDG Để giải vấn đề này, nhiều quốc gia xây dựng nhà máy khử muối nước biển, sử dụng màng lọc polyme phí lớn hiệu thấp, việc tìm phương pháp để đẩy nhanh trình lọc, với giá thành rẻ dễ dàng thực mục tiêu lớn nhà nghiên cứu Theo cơng bố Tạp chí Science Alert vào đầu năm 2017, nhà nghiên cứu sáng chế loại màng lọc graphene oxit giúp lọc muối (NaCl) khỏi nước biển Graphene oxit giúp giải vấn đề nước Có nhiều nhóm nghiên cứu phát triển loại màng lọc lọc hạt nhỏ khỏi nước, nhiên việc lọc muối khỏi nước lại địi hịi phải có loại màng lọc nhỏ hơn, Rahul Nair (Đại học Manchester, Vương quốc Anh) cộng phải nỗ lực nhiều để tạo chúng Về chất, graphene oxit tiếp xúc với nước, chúng sẽ bị trương lên, cho phép muối qua lỗ rỗng Nhóm nghiên cứu khắc phục vấn đề cách tạo “bức 58 tường” epoxy hai bên màng graphene oxit, giúp chúng không bị trương nở mơi trường nước, cho phép kiểm sốt xác kích thước lỗ màng đủ để lọc phân tử muối khỏi nước biển Chìa khóa cho vấn đề muối hịa tan nước, chúng bao bọc lớp vỏ phân tử nước, phân tử nước dễ dàng qua màng lọc, phân tử NaCl bọc nước sẽ bị giữ lại Trong tương lai, biến đổi khí hậu ngày nặng nề, khối băng Greenland tan chảy qua ngưỡng tái đóng băng, mực nước biển dự đoán sẽ dâng thêm khoảng 3,8 cm vào năm 2100 Và tồn Greenland tan chảy giới sẽ phải đối mặt với việc đại dương dâng cao thêm 7,3 m Khi đó, nước sẽ thứ khan khó vận chuyển để đảm bảo sản xuất, sinh hoạt hàng ngày Theo dự báo Liên hợp quốc, đến năm 2025 14% dân số giới sẽ gặp phải vấn đề thiếu nước Các nhà nghiên cứu hy vọng rằng, loại màng lọc graphene sẽ làm tăng hiệu nhà máy lọc nước, giúp giải vấn đề thiếu nước Khi graphene oxit tạo với giá rẻ, cơng nghệ sử dụng đại trà khu dân cư Phát thải khí nhà kính Mục tiêu thứ 13 danh sách SDG áp dụng biện pháp khẩn cấp để chống lại biến đổi khí hậu hậu Một thủ phạm gây biến đổi khí hậu lượng CO2 dư thừa thải vào khí quyển, màng graphene phát phát thải Các nhà khoa học thuộc Đại học South Carolina (Mỹ) Đại học Hanyang (Hàn Quốc) độc lập phát triển lọc dựa graphene, sử dụng Số 12 năm 2018 để tách khí khơng mong muốn khỏi khí thải Họ tự tin khẳng định, khám phá “Chén Thánh” cho vấn đề phát thải khí nhà kính Các nhà nghiên cứu tạo màng lọc khí CO2 cách lấy màng polymer xốp nhúng vào dung dịch graphene graphene oxit, hoặc để dung dịch nhỏ giọt vào màng quay trịn Nếu chất khí tách có độ ẩm cao, màng sẽ ngăn chặn CO2 cho phép N2 qua Độ ẩm chìa khóa vấn đề này, giọt nước nhỏ lấp đầy màng CO2 bị hịa tan, cịn N2 khơng Các nhà nghiên cứu tin rằng, màng graphene họ tạo sẽ hỗ trợ hiệu cho q trình tách CO2 từ khí thải nhà máy công nghiệp, giúp giảm đáng kể lượng phát thải khí nhà kính Chăm sóc sức khỏe Rất nhiều người giới không tiếp cận với dịch vụ chăm sóc sức khỏe đầy đủ, vấn đề đặt SDG đảm bảo sống lành mạnh tăng cường sức khỏe cho tất mọi lứa tuổi; graphene góp phần giải hiệu vấn đề Trước hết, sức mạnh học cao giúp graphene trở thành vật liệu lý tưởng để chế tạo phận thể yêu cầu độ cứng xương; nhờ tính dẫn điện, graphene thay phận thể yêu cầu dòng điện quan dây thần kinh Hiện tại, nhà khoa học từ Đại học Công nghệ Michigan (Mỹ) nghiên cứu sử dụng máy in 3D để “in” dây thần kinh dựa graphene Do graphene dày lớp nguyên tử, nên cảm biến có độ nhạy cao loại vật liệu khác, cịn sử dụng để tạo cảm biến y sinh học phục vụ công tác phát bệnh, virus độc tố khác Cảm biến dựa graphene oxit phát độc KH&CN nước tố nồng độ thấp 10 lần so với cảm biến có Đầu năm 2018, nhà khoa học Trung Quốc tạo cảm biến từ gaphene có khả phát tế bào ung thư Cùng xu hướng này, GS Michael Lisanti TS Aravind Vijayaraghavan thuộc Đại học Manchester cho biết, họ sử dụng graphene oxit để định vị tế bào gốc ung thư (CSCs); sau kết hợp với phương pháp điều trị có để xử lý khối u; phương pháp ngăn ngừa lây lan ung thư, đồng thời khiến bệnh không tái phát Giáo sư Lisanti giải thích, tế bào gốc ung thư có khả tạo loại tế bào khối u khác nhau, gây lây lan ung thư thể - gọi di Nó đóng vai trị quan trọng việc tái phát khối u sau điều trị Đó xạ hóa trị liệu thơng thường giết chết tế bào khối u thông thường mà không tác động đến tế bào CSCs Graphene oxit ổn định nước, dễ dàng xâm nhập hoặc gắn vào bề mặt tế bào gốc ung thư, biến trở thành mục tiêu q trình điều trị Đáng ngạc nhiên, thân graphene oxit cũng loại thuốc chống ung thư hiệu Graphene oxit vừa có khả ngăn CSCs sản sinh, vừa đánh dấu để phân biệt chúng với tế bào gốc khác Theo GS Lisanti, "mặc dù để đưa kết đến phòng khám cịn cần triển khai nhiều nghiên cứu tiền lâm sàng lâm sàng, hy vọng rằng, kết trở thành lựa chọn hiệu cho công tác điều trị ung thư tương lai" Phát triển sở hạ tầng Mục tiêu thứ SDG tạo sở hạ tầng mạnh mẽ, thúc đẩy công nghiệp hóa tồn diện, bền vững thúc đẩy đổi sáng tạo Các vật liệu tổng hợp từ graphene đưa đến gần với mục tiêu Về lý thuyết, graphene loại vật liệu xây dựng xuất sắc, vơ nhẹ lại cứng thép nên kết hợp với vật liệu xây dựng truyền thống để tạo cấu trúc vững chắc, ấn tượng Các nghiên cứu gần rằng, tỷ lệ graphene thêm vào lớn hỗn hợp tốt Điều có nghĩa, graphene thêm vào vật liệu xây dựng bê tông, nhôm… làm cho chúng mạnh nhẹ Theo nghiên cứu tiến hành GrapheneFlagship, tính cao su cải thiện đáng kể nhờ bổ sung tính dẫn điện, sức mạnh học với khả chống ăn mòn tuyệt vời từ graphene Tuy nhiên, thời điểm tại, việc sản xuất graphene cịn khó khăn nên nhà thầu xây dựng có hội sử dụng loại vật liệu dự án An ninh lượng Do tính dẫn điện độ bền, graphene giúp phát triển lượng tái tạo bền vững, hiệu tiết kiệm Ví dụ, vật liệu tổng hợp từ graphene sử dụng để tạo pin mặt trời linh hoạt Các nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) cho biết, cách sử dụng graphene, làm cho tế bào lượng mặt trời linh hoạt, chi phí thấp hơn; đặc biệt biến bề mặt thành pin lượng mặt trời Bên cạnh đó, vật liệu grafenauer tổng hợp từ graphene cũng giúp tạo tuabin gió siêu lớn siêu nhẹ graphene vào pin nhằm tăng dung lượng lưu trữ rút ngắn thời gian sạc Samsung tạo “quả bóng graphene” (graphene ball) - lớp tráng phủ đặc biệt bên viên pin lithiumion vốn dùng cho phần lớn thiết bị di động nay, giúp pin trữ thêm 45% lượng, thời gian sạc cũng rút ngắn cịn 1/5 Do đó, sử dụng graphene để cải thiện pin lithium-ion thiết bị điện công nghiệp, gia dụng phục vụ sản xuất sống hàng ngày Ngồi ra, cịn có nghiên cứu aerogel graphene để lưu trữ lượng chế tạo siêu tụ điện Đó tất cần thiết để lưu trữ lượng quy mô lớn cho mục tiêu phát triển bền vững Thay lời kết Graphene xuất nhờ thí nghiệm tưởng chừng đơn giản vật liệu bình thường, nhờ trí thơng minh lòng tâm Geim Novoselov tạo nên đại cách mạng giới khoa học thời gian qua Tính “thiên biến vạn hóa” graphene làm cho nhà khoa học ngỡ ngàng thập qua, đem đến cho người nhiều tiện ích Trong thập kỷ tới, graphene gần chắn sẽ tạo nhiều ứng dụng to lớn, tương xứng với giới khoa học kỳ vọng Điều khơng giúp Liên hợp quốc thành viên đạt mục tiêu SDG, mà cải thiện mọi thứ giới, từ hình cảm ứng tới thiết bị MRI bóng bán dẫn giúp cho sống người hạnh phúc ? Cuối năm 2017, theo báo cáo Tạp chí Nature, Viện Nghiên cứu cơng nghệ cao Samsung tích hợp vật liệu Số 12 năm 2018 Ngũn Thị Tâm (Theo https://hi-news.ru) 59 ... lời cho 5/ 17 vấn đề đặt ra, với từ: graphene Nước Đây mục tiêu thứ danh sách SDG Để giải vấn đề này, nhiều quốc gia xây dựng nhà máy khử muối nước biển, sử dụng màng lọc polyme phí lớn hiệu... 20 25 14% dân số giới sẽ gặp phải vấn đề thiếu nước Các nhà nghiên cứu hy vọng rằng, loại màng lọc graphene sẽ làm tăng hiệu nhà máy lọc nước, giúp giải vấn đề thiếu nước Khi graphene oxit... nhiều người giới không tiếp cận với dịch vụ chăm sóc sức khỏe đầy đủ, vấn đề đặt SDG đảm bảo sống lành mạnh tăng cường sức khỏe cho tất mọi lứa tuổi; graphene góp phần giải hiệu vấn đề Trước hết,