Một mặt nạ định hình diện tích bị chiếu sáng với hình chữ “N” được gắn lên trên màng graphite oxide (GO) bằng giấy lọc (Ảnh: American Chemical Society)
Các nhà nghiên cứu ở Mĩ vừa nhận thấy việc chiếu một camera flash vào graphite oxide đủ để tạo ra graphene – những tấm carbon dày một nguyên tử lần đầu tiên được khám phá ra vào năm 2004 có những tính chất cơ và điện độc nhất vô nhị. Quá trình mới này còn có thể sử dụng để những khuôn graphene phức tạp có thể tích hợp vào các mạch điện tử gốc carbon nhanh và linh hoạt.
Trước đây, các nhà hóa học đã tìm cách biến graphite oxide thành graphene, nhưng các phản ứng biến đổi có liên quan trong việc loại bỏ oxygen thường mất hàng ngày và yêu cầu các xúc tác biến đổi mạnh như hydrazine. Ngoài ra, những quá trình hóa học này còn ngăn không cho thêm những hợp chất khác vào graphene thu được.
Nay, qua một cơn dâng trào cảm xúc, Jiaxing Huang, một nhà khoa học vật liệu tại trường Đại học Northwestern ở Illinois, Mĩ, nhận thấy một sự bùng phát ngắn ngủi của ánh sáng có thể thực hiện phản ứng đó trong một mili giây thôi. Điều then chốt đối với tiến trình là hiệu ứng quang nhiệt: camera flash phân phối một xung năng lượng biến đổi thành nhiệt trong graphite oxide. “Xung năng lượng phát ra từ camera flash này gây cảm ứng một “vụ nổ nano” trong màng graphite-oxide”, Huang giải thích. “Sự biến đổi xảy ra nhanh đến mức màng chất phồng lên và giãn ra đến hai bậc độ lớn”.
Trong một video mà nhóm công bố, các tấm graphite oxide xám, trong suốt, có thể nhìn thấy bị đen đi và nở ra, đi cùng là một tiếng bốp to. Đội của Huang mô tả vật liệu màu đen thu được là “lông tơ” – nó thủng kiểu tổ ong và chỉ là một phần khối lượng riêng của graphite. Phân tích thêm cho thấy vật liệu đó cấu thành từ các tấm graphene mất trật tự và các giá cách đều với nhau.
24 thuvienvatly.com | © hiepkhachquay
Đội nghiên cứu còn cho thấy họ có thể thêm các hạt nano plastic vào khối graphite oxide đó, sao cho khi hỗn hợp bị chiếu ánh sáng flash, thì các hạt của nó hợp nhất với nhau kiểu như các giọt chất lỏng, khóa miếng graphene thành một vật liệu composite dai.
Vì quá trình sản xuất sạch, nhanh và đơn giản, nên đội nghiên cứu đoan chắc rằng việc sản xuất graphene ở quy mô công nghiệp qua quá trình này là có thể. Peter Blake, người làm việc với nhà cung cấp Graphene Industries, ở trường Đại học Manchester ở Anh, đồng ý như vậy. “Đây là một minh chứng khái niệm hấp dẫn sẽ mang lại lợi ích to lớn cho những nghiên cứu khác đang diễn ra trong cùng lĩnh vực trên”, ông phát biểu với physicsworld.com.
Blake nói thêm rằng ngành điện tử học in được có thể thu lợi từ công nghệ này. Một thách thức hiện tồn tại là gắn graphene lên trên các bề mặt silicon hoặc thủy tinh cho thiết kế vi mạch. Người ta cũng có thể sử dụng graphite oxide cách điện để chế tạo mạch điện sau đó biến đổi nó thành graphene dẫn điện với một lóe sáng đèn flash, ông tin tưởng như vậy. Ngoài ra, các mặt nạ cản sáng có thể được sử dụng để tạo ra những khuôn mẫu graphene phức tạp.
Để phát triển nghiên cứu này, đội của Huang hiện đang có kế hoạch sử dụng quá trình trên chế tạo một mạch điện cấp độ nano, nhưng tiến trình không đơn giản khi nó có liên quan đến những lượng nhỏ vật liệu vì nhiệt phát sinh bởi xung sáng có thể tiêu tan quá nhanh để kích ngòi cho một phản ứng.
Nghiên cứu này xuất hiện lần đầu tiên trên tờ Journal of the American Chemical Society.
© hiepkhachquay | Bản tin Vật lí tháng 8/2009 25