Untitled 120 KH&CN nước ngoài Soá 1+2 naêm 2019 Schwarzite một cấu trúc carbon mới Từ lâu, các nhà hóa học đã dự báo về sự tồn tại của một cấu trúc carbon nano dạng mặt cong lõm và dự đoán chúng sẽ có[.]
KH&CN nước Schwarzite - Cấu trúC CArbON Carbon đóng vai trò quan trọng sống, có mặt ở hầu hết nơi, từ khoáng chất cứng trái đất kim cương, đến đầu bút chì bạn sử dụng, hay nguyên liệu cứng thế giới graphene Những lần khám phá các dạng cấu trúc carbon trước (fullerene và graphene) đều tạo đột phá về khoa học và kỹ thuật, tác động to lớn đến đời sống và sản xuất; các nhà khoa học cống hiến cho các nghiên cứu này đều giành giải Nobel (vào các năm 1996 và 2010) Gần đây, các nhà khoa học lại phát hiện dạng cấu trúc carbon mới, có tên gọi là schwarzite, mang lại nhiều hy vọng về đột phá nghiên cứu, ứng dụng Schwarzite - cấu trúc carbon Từ lâu, nhà hóa học dự báo tồn cấu trúc carbon nano dạng mặt cong lõm dự đốn chúng có đặc tính phù hợp để chế tạo pin chất xúc tác Tuy nhiên, cấu trúc dường “lảng tránh” người Từ năm 1880, nhà vật lý người Đức Hermann Schwarz tiến hành nghiên cứu cấu trúc mạng tinh thể cong lõm, nên cơng trình lý thuyết dự báo lồng carbon nano lên vào năm 90 kỷ trước, tên Schwarz gắn liền với carbon cong lõm giả định, schwarzite Sau nhiều thập kỷ tìm kiếm khơng thành cơng, schwarzite lại ngẫu nhiên nhà khoa học Hàn Quốc Nhật Bản chế tạo Schwarzite tạo bên lỗ rỗng zeolit - dạng tinh thể silicon dioxit thường sử dụng làm mềm nước bột giặt chất xúc tác để biến dầu thô thành sản phẩm xăng, dầu, cấu trúc gọi carbon zeolite (ZTC) Khi nghiên cứu cấu trúc, tính chất ZTC, họ vơ tình tạo schwarzite lại khơng 120 biết Gần đây, cơng bố khoa học Tạp chí PNAS, nhà hóa học Đại học California chứng minh rằng, cấu trúc carbon dạng lồng ba chiều tạo gần nhà khoa học Hàn Quốc Nhật Bản schwarzites tìm kiếm từ lâu Các nhà nghiên cứu dự báo, cấu trúc có tính chất độc đáo buckyballs (fullerenes hình cầu rỗng), ống nano carbon (fullerenes hình trụ tròn rỗng) graphene Theo Efrem Braun (Khoa Kỹ thuật hóa học sinh học, Đại học California, Hoa Kỳ) - tác giả cơng trình nghiên cứu nêu trên, ông cộng phát triển thành cơng phương pháp chế tạo schwarzite dự đốn zeolite sử dụng để tạo cấu trúc Điều đóng vai trị quan trọng việc khám phá thuộc tính đưa dự báo tiềm ứng dụng chúng Trên thực tế, khó để liên kết nguyên tử carbon tạo thành dạng mặt lõm, lại phát triển chúng cách tạo lớp màng carbon bề mặt mạng tinh thể zeolite Soá 1+2 năm 2019 Trong nghiên cứu mình, GS Braun cộng bơm dòng chứa carbon vào khối zeolite Khi vào bên trong, nguyên tử carbon liên kết với nhau, tạo thành lớp phủ ngăn phân tử zeolite ngồi Bề mặt vật chất kéo căng cách từ từ để giảm thiểu việc tăng diện tích nó, tạo nên bề mặt bị cong lõm giống n ngựa Sau đó, họ hịa tan zeolite để thu schwarzite nguyên chất Các nhà khoa học đến từ Đại học California xây dựng mô hình cấu trúc schwarzite sở cấu trúc zeolite sử dụng làm khuôn Thông qua hợp tác với nhà tốn học tơpơ Senja Barthel Thụy Sỹ, họ xác định bề mặt tối thiểu cấu trúc carbon Qua đó, nhóm nghiên cứu lựa chọn 15/200 loại zeolite (được phát tạo đến nay) để chế tạo schwarzite, nhiên có số 15 mẫu tạo schwarzite Theo dự báo nhà hóa học, giới tồn triệu cấu trúc zeolite, nên tạo nhiều cấu trúc schwarzite phương pháp sử dụng khuôn zeolite KH&CN nước ngồi Schwarzite hình thành bên lỗ zeolite Bộ ba cấu trúc carbon tiềm ứng dụng to lớn Kim cương than chì dạng tinh thể ba chiều phổ biến carbon nguyên chất, nguyên tử carbon tạo thành tinh thể hai chiều, liên kết dạng hình lục giác, graphene xếp Tấm phẳng graphene có độ cứng kim cương, gấp khoảng 200 lần so với thép; không vật liệu mạnh trái đất, cịn có tính dẫn điện cao (tốt đồng triệu lần), trở thành loại vật liệu đầy hứa hẹn thiết bị điện tử Các graphene tạo thành buckyballs, giúp lưu trữ phân tử, ứng dụng việc đưa thuốc vào thể Việc “cán” graphene quanh hình trụ để tạo ống nano carbon ứng dụng làm dây dẫn có độ dẫn điện cao thiết bị điện tử, hay lưu trữ loại khí hydro carbon dioxit Nếu năm 1980, việc phát buckyballs làm nhà hóa học ngạc nhiên, đến năm 1990 tìm ống nano carbon khiến nhà vật lý tồn giới thực kinh ngạc, tính chất thú vị làm cho chúng có khả hữu dụng cao nhiều ứng dụng ngành công nghệ nano, công nghiệp điện tử, quang học số ngành khoa học vật liệu khác Đến năm 2000, graphene nhà khoa học phát hiện, mở xu hướng nghiên cứu, ứng dụng mạnh mẽ nhiều lĩnh vực quan trọng tích trữ lượng, pin mặt Fullerene “bộ ba nguyên tử carbon” giai đoạn đầu nghiên cứu, nên tiềm ứng dụng cịn nhiều bí ẩn Nhưng theo dự báo nhà hóa học, schwarzite lưu trữ lượng lớn bất thường điện tích, khiến trở thành tụ điện tốt so với loại vật liệu sử dụng lĩnh vực điện tử Độ rỗng bên chúng cho phép lưu trữ nguyên tử phân tử tương tự fullerene ống nano carbon; diện tích bề mặt schwarzite tương đương Graphene Cấu trúc fullerene graphene trời, transistors, xúc tác, cảm biến, vật liệu polymer tổ hợp Nếu fullerene có dạng mặt cong lồi, graphene có dạng phẳng, schwartzite lại có dạng mặt cong lõm Những lần khám phá dạng cấu trúc carbon trước (fullerene graphene) tạo bước đột phá khoa học kỹ thuật, nhà khoa học cống hiến cho nghiên cứu giành giải Nobel (vào năm 1996 2010) với diện tích bề mặt zeolite tạo khn, giúp chúng có linh hoạt zeolit, tham gia làm chất xúc tác cho phản ứng ngành công nghiệp dầu mỏ khí thiên nhiên ? Lê Cao Chiến (theo www.sciencedaily.com) Schwarzite - thành viên cịn lại Số 1+2 năm 2019 121 ...KH&CN nước ngồi Schwarzite hình thành bên lỗ zeolite Bộ ba cấu trúc carbon tiềm ứng dụng to lớn Kim cương than chì dạng tinh thể ba chiều phổ biến carbon nguyên chất, nguyên tử carbon tạo thành... chúng cho phép lưu trữ nguyên tử phân tử tương tự fullerene ống nano carbon; diện tích bề mặt schwarzite tương đương Graphene Cấu trúc fullerene graphene trời, transistors, xúc tác, cảm biến, vật... cong lồi, graphene có dạng phẳng, schwartzite lại có dạng mặt cong lõm Những lần khám phá dạng cấu trúc carbon trước (fullerene graphene) tạo bước đột phá khoa học kỹ thuật, nhà khoa học cống hiến