Nếu bạn đã ở bất kỳ đâu gần một tạp chí khoa học trong hơn một thập kỷ qua, bạn sẽ bắt gặp một số dạng so sánh nhất về graphene - vật liệu kỳ diệu hai chiều hứa hẹn sẽ biến đổi mọi thứ từ máy tính sang y sinh.
Có rất nhiều lời thổi phồng về các ứng dụng của graphene, nhờ vào một số đặc tính đáng chú ý. Nó mỏng hơn tóc người 1 triệu lần nhưng cứng hơn thép 200 lần. Nó mềm dẻo nhưng có thể hoạt động như một rào cản hoàn hảo và là một chất dẫn điện tuyệt vời. Kết hợp tất cả những thứ đó lại với nhau và bạn có một tài liệu với vô số ứng dụng có khả năng mang tính cách mạng.
Graphene là gì?
Graphene là carbon, nhưng ở dạng mạng tổ ong dày một nguyên tử. Nếu quay lại các bài học hóa học cũ, bạn sẽ nhớ các vật liệu được cấu tạo hoàn toàn từ cacbon có thể có các đặc tính khác nhau đáng kể, tùy thuộc vào cách các nguyên tử của nó được sắp xếp (các dạng thù hình khác nhau). Ví dụ như than chì trong chì chì của bạn mềm và sẫm màu so với viên kim cương cứng và trong suốt trên chiếc nhẫn đính hôn của bạn. Cấu trúc carbon do con người tạo ra cũng không khác gì; Buckminsterfullerene hình quả bóng hoạt động khác với sự sắp xếp cuộn của ống nano carbon.
Graphene được tạo ra từ một tấm nguyên tử cacbon trong một mạng lục giác. Trong số trên, nó có dạng gần nhất với graphite, nhưng trong khi vật liệu đó được làm từ các tấm carbon hai chiều được tổ chức từng lớp bằng các liên kết giữa các phân tử yếu, graphene chỉ dày một tấm. Nếu bạn có thể bóc một lớp carbon cao một nguyên tử từ than chì, bạn sẽ có graphene.
Các liên kết giữa các phân tử yếu trong than chì làm cho nó có vẻ mềm và bong tróc, nhưng bản thân các liên kết cacbon rất bền. Điều này có nghĩa là một tấm chỉ bao gồm các liên kết cacbon đó rất bền - gấp khoảng 200 lần so với thép mạnh nhất, đồng thời linh hoạt và trong suốt.
Graphene đã được lý thuyết hóa từ lâu, và vô tình được sản xuất với số lượng nhỏ trong thời gian dài như mọi người vẫn sử dụng bút chì graphite. Tuy nhiên, sự cô lập và khám phá chính của nó được ghi nhận trong công trình nghiên cứu của Andre Geim và Konstantin Novoselov, vào năm 2014 tại Đại học Manchester. Hai nhà khoa học được cho là đã tổ chức "thí nghiệm đêm thứ Sáu", nơi họ sẽ thử nghiệm các ý tưởng ngoài công việc hàng ngày của họ. Trong một trong những buổi làm việc này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng băng dính scotch để loại bỏ các lớp carbon mỏng khỏi một cục than chì. Nghiên cứu tiên phong này cuối cùng đã dẫn đến việc sản xuất thương mại graphene.
Sau khi họ đoạt giải Nobel Vật lý năm 2010, Geim và Novoselov đã tặng chiếc máy phân phối băng cho Bảo tàng Nobel.
Graphene có thể được sử dụng để làm gì?
Một điều quan trọng cần lưu ý là các nhà khoa học đang phát triển tất cả các loại vật liệu dựa trên graphene. Điều này có nghĩa là tốt hơn nên nghĩ về “graphene”, giống như cách chúng ta nghĩ về chất dẻo. Về cơ bản, sự ra đời của graphene có phạm vi dẫn đến một loại vật liệu hoàn toàn mới, không chỉ một loại vật liệu mới.
Xem liên quan Sự hỗn loạn là gì? Làm sáng tỏ một trong những câu hỏi hàng triệu đô la của vật lý "Mưa kim cương" được tìm thấy trên Sao Thiên Vương đã được tái tạo trên Trái đất - và nó có thể giúp giải quyết cuộc khủng hoảng năng lượng đang gia tăng của chúng ta Máy tính lượng tử đến tuổiVề ứng dụng, nghiên cứu đang được thực hiện trong các lĩnh vực rộng lớn như y sinh và điện tử đến bảo vệ thực vật và đóng gói thực phẩm. Chẳng hạn, việc có thể sửa đổi đặc tính bề mặt của graphene có thể khiến nó trở thành vật liệu xuất sắc để phân phối thuốc, trong khi độ dẫn điện và tính linh hoạt của vật liệu này có thể báo trước một thế hệ mới của vi mạch màn hình cảm ứng hoặc thiết bị đeo có thể gập lại.
Thực tế là graphene có khả năng tạo thành một rào cản hoàn hảo đối với chất lỏng và khí có nghĩa là nó cũng có thể được sử dụng với các vật liệu khác để lọc bất kỳ số lượng hợp chất và nguyên tố nào - bao gồm cả heli, một loại khí đặc biệt khó bị chặn. Điều này có một loạt các ứng dụng khi nói đến ngành công nghiệp, nhưng cũng có thể tỏ ra rất hữu ích đối với các nhu cầu về môi trường xung quanh việc lọc nước.
Các đặc tính đa chức năng của graphene mở ra cánh cửa cho một lượng lớn các ứng dụng tổng hợp. Trong khi nhiều người đã suy nghĩ về cách nó có thể thúc đẩy các công nghệ có từ trước, những tiến bộ liên tục trong lĩnh vực này cuối cùng sẽ dẫn đến những lĩnh vực hoàn toàn mới mà trước đây không thể thực hiện được. Chúng ta có thể thấy một lớp kỹ thuật hàng không vũ trụ hoàn toàn mới xuất hiện không? Còn về cấy ghép quang học thực tế tăng cường thì sao? Từ vẻ ngoài của nó, thế kỷ 21 là khi chúng ta sẽ tìm hiểu.