Plastic trở thành nhiên liệu trong tương la
TẢO CÁT ĐƯỢC CHUYỂN THÀNH PHẦN TỬ SILIC CẢM BIẾN
Trong vỏ Trái Đất tồn tại lượng lớn silic dưới dạng khoáng silicate, nhưng để chiết lọc được đòi hỏi những điều kiện vô
cùng nghiêm ngặt. Điều đó hiện nay đã thay đổi, đó là nhờ công trình tiên phong của Ken Sandhage và đội ngũ các nhà khoa học vật liệu của mình tại Học Viện Công nghệ Georgia của Atlanta ở Mỹ. Họ đã tìm ra một phương pháp đơn giản biến đổi vỏ tảo cát- là bộ khung dựa trên oxyt silic phức tạp của một loại đơn bào quang hợp phổ biến gọi là tảo cát thành các cấu trúc silic tinh khiết với rất nhiều ứng dụng.
Việc tách rời các nguyên tử silic và oxy cần nhiệt độ cao của lò điện hồ quang lõi than, và số lượng lớn gỗ, than củi hay than đá. Tại nhiệt độ khoảng 2000oC, carbon ở nhiệt độ cao khử các hợp chất silic thành silic lỏng, khi làm lạnh sẽ thu được silic tinh khiết 98%. Nếu được tinh chế thêm có thể cung cấp silic siêu tinh khiết cho ngành công nghiệp điện.
Nhưng ở nhiệt độ khoảng 650oC, Sandhage và nhóm của ông nhận thấy rằng hơi Magiê có thể khử lớp vỏ thủy tinh phức tạp của tảo cát đã chết thành hỗn hợp Oxyt silic và Oxyt magiê. Sau đó tan ra trong Axit clohydric, còn lại silic tinh khiết có cấu trúc nano mà cấu trúc này có hình dạng đường vân rất đẹp là bản sao chính xác của vỏ tảo cát ban đầu.
Nó là một chất khí
Nhóm Atlanta cho rằng với cấu trúc có diện tích bề mặt lớn và lỗ xốp hở 3 chiều những bản sao silic của vỏ tảo cát này có thể khiến chúng trở thành những phần tử cảm biến khí cực nhỏ vô cùng lý tưởng. Người ta đã kiểm tra bằng cách gắn điện cực platin vào 1 vỏ tảo silic, và áp một điện thế nhỏ. Không giống như Oxyt silic cách điện, silic là một
loại bán dẫn có thể truyền dòng điện với lượng biến đổi.
Cho cấu trúc tiếp xúc với dòng khí của khí mang Argon có chứa Oxyt nitơ (NO) với dòng khí thổi qua cấu trúc vỏ giảm đi rõ rệt.
Phần tử cảm biến có thể phát hiện ra dễ dàng những thay đổi nồng độ của NO nhỏ chỉ đến vài phần triệu, thời gian phản ứng lại và hồi phục của phần tử cảm biến cũng nhanh hơn nhiều so với các cảm biến tương đương được chế tạo từ các bánh silic xốp thường có các lỗ xốp phẳng.
Một bản sao silic của bộ khung tảo cát còn lại sau khi rửa sạch Oxyt magiê.
Nhóm Atlanta còn tìm thấy rằng vỏ tảo silic phát quang mạnh dưới tia sáng cực tím nếu trước đó nó được oxy hóa một phần do ngâm trong nước trong 40 ngày. Việc này đặt nền tảng cho các phần tử cảm biến khí khác vì sự phát quang từ tinh thể silic nano rỗng bị ảnh hưởng bởi sự có mặt của một lượng rất nhỏ các khí: nó giảm đi khi găp mêtan, và tăng lên với carbon monoxide.
Nhóm làm việc gợi ý rằng vỏ tảo silic cũng có thể sử dụng trong pin. Diện tích bề mặt lớn, thành mỏng, và lỗ bề mặt dễ tiếp cận làm cho vỏ tảo silic 3 chiều có tốc độ truyền dẫn ion Liti cao và mật độ năng lượng đáng kể; biến nó thành vật liệu làm điện cực lý tưởng trong pin Liti, Sandhage nói.
Cuối cùng, vỏ tảo silic cũng có thể nâng cao hiệu quả của phương pháp sắc ký lỏng hiệu suất cao (HPLC) trong viêc tách và tinh chế phân tử sinh học. “Những lỗ rỗng thông nhau và độ bền hóa học của chúng cho phép cột áp suất HPLC thấp hơn hay cao hơn để đạt thời gian tách nhanh nhất”, Sandhage nói.
Minh Giang
(Theo Lionel Milgrom, RSC)
hoahocvietnam.com
Giáo sư vật lý trường Đại học Arkansas và những đồng nghiệp của ông đã tạo ra cấu trúc nano bao gồm đồng thời cả tính từ và tính siêu dẫn, và trong mùa hè năm nay ở Thụy Sĩ họ sẽ cùng nhau khám phá ra những đặc tính của vật liệu mới này.
Jacques Chakhalian và cộng sự tại Viện Max Planck - Đức, Đại học Grenoble và Trung tâm Nghiên cứu khoa học quốc gia (cả 2 đều ở Pháp), đã được tưởng thưởng cho thời gian nghiên cứu và được ủng hộ tài chính trong hơn 2 năm sắp tới từ nguồn năng lượng Thụy Sĩ SLS thuộc Viện Paul Scherrer – nguồn cung cấp synchrotron tiên tiến nhất thế giới. Năm 2006, họ công bố trên báo Vật lý tự nhiên chứng minh những tính chất mới ở bề mặt chung phân chia pha giữa vật liệu siêu dẫn, được biết dưới tên YBCO và sắt từ, LCMO. Kết quả nghiên cứu của họ cho thấy tác động lẫn nhau giữa tính sắt từ và tính siêu dẫn, điều mà chưa từng được báo cáo trước đây.
Chakhalian đã nói rằng: “Điển hình, tính sắt từ phá hủy tính siêu dẫn”. Bằng những phương pháp kĩ thuật của nhóm đã cho phép các nhà khoa học kết hợp 2 tính chất đó trong 1 lưới film siêu mỏng, mở ra một lĩnh vực vật lý mới và dẫn đường cho việc khám phá ra nhiều vật liệu với những tính chất mới hơn.
Để tạo tấm lưới này, các nhà khoa học đã lấy những bảng vật liệu này đã phủ một lớp bột và sử dụng tia cực tím mạnh làm hóa hơi những tinh thể và lắng đọng chúng thành tấm đa tầng, tức tấm fim siêu mỏng trên chất nền. Bằng cách này họ có thể tạo ra 1 tầng nguyên tử cùng thời gian.
“Các bạn có thể làm nó mỏng tùy ý muốn ” – Chakhalian nói. Để có thể tìm ra thêm nhiều tính chất đặc biệt của vật liệu siêu dẫn và vật liệu sắt từ hơn nữa, nhóm nghiên cứu muốn nhìn thấy bề mặt chung giữa 2 vật liệu này. Họ lên kế hoạch sử dụng synchrotron tại nguồn năng lượng Thụy Sĩ SLS.
Ánh sáng synchrotron là bức xạ điện từ của nhiều loại bước sóng có thể chỉnh thành 1 loại bước sóng đặc biệt để làm thí nghiệm đặc biệt. Quang phổ của nguồn sáng SLS
biến đổi từ ánh sáng hồng ngoại thành những tia X nhẹ hoặc nặng. Không giống như những tia X thông thường, chúng khuếch tán vào không gian, những chùm ánh sáng synchrotron được tập trung sắc nét như chùm tia laser. Điều này cho phép Chakhalian và đồng nghiệp nghiên cứu tính từ và tính siêu dẫn tại bề mặt của vật liệu nano này. “Thách thức chính về kĩ thuật là tập trung chùm photon năng lượng thấp thành một vết cỡ vài trăm micron” - Chakhalain nói vậy. Trên thế giới chỉ 1 vài nơi có phương tiện như SLS mới có đủ kĩ thuật để tạo ra tia X “nhẹ” cần thiết để phân tích tính điện tử của vật liệu siêu dẫn và vật liệu có tính sắt từ.
Quang Trường (Theo Sciencedaily) hoahocvietnam.com