Language
Country/Area
No result found
Từ băng dính thông minh đến các ứng dụng công nghệ cao: Sự sáng tạo ra graphene tuyệt vời như thế nào?
Lịch sử phát hiện ra vật liệu mang tính cách mạng này, graphene, có rất nhiều câu chuyện hấp dẫn. Năm 2004, hai nhà khoa học đã sử dụng băng dính đơn giản để tách một lớp graphene ra khỏi than chì, một quá trình không chỉ mang về cho họ giải Nobel mà còn thu hút sự chú ý của toàn cầu đối với công nghệ được sử dụng để tách các vật liệu nhiều lớp. Cốt lõi của công nghệ này nằm ở quá trình tách lớp, tức là phá vỡ các vật liệu nhiều lớp thành các vật liệu nano thông qua xử lý cơ học, hóa học hoặc nhiệt. Sự phát triển của graphene không chỉ chứng minh hiệu quả của quá trình này mà còn mở ra triển vọng khám phá các ứng dụng của nó trong các lĩnh vực như công nghệ nano, điện tử và y sinh.
Quá trình tách lớp này phá vỡ hiệu quả các liên kết van der Waals giữa các lớp, tạo ra vật liệu hai chiều hiệu suất cao, một đặc tính khiến graphene trở thành một trong những vật liệu quan trọng nhất của thế kỷ 21.
Lịch sử của sự tách lớp đã có từ nhiều thế kỷ trước. Ngay từ năm 1824, các nhà khoa học đã bắt đầu bóc lớp đất sét để lấp đầy đồ sứ, nhưng cuộc khám phá khoa học thực sự bắt đầu với Brodie vào năm 1855, người đã nghiên cứu tác động của các loại axit khác nhau lên cấu trúc carbon theo lớp. Những khám phá ban đầu này đã tạo cơ hội cho các nhà khoa học sau này xây dựng nền tảng lý thuyết. Phải đến năm 2004, Novoselov và Geim mới hoàn toàn thay đổi hiểu biết của chúng ta về công nghệ tách lớp bằng cách cô lập graphene bằng phương pháp cải tiến của họ sử dụng băng dính.
Công nghệ tách lớp đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực ngày nay, chẳng hạn như sản xuất thiết bị điện tử hiệu suất cao, vật liệu hàng không nhẹ và thiết bị lưu trữ năng lượng hiệu suất cao.
Quá trình tẩy tế bào chết cơ bản thường bao gồm việc phá vỡ liên kết van der Waals giữa các lớp, cho phép vật liệu tách thành các lớp riêng lẻ. Công nghệ này có thể được phân loại thành ba loại: tách lớp cơ học, tách lớp hóa học và tách lớp nhiệt. Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và ứng dụng khác nhau, cho phép các nhà khoa học lựa chọn công nghệ tách lớp phù hợp nhất dựa trên nhu cầu cụ thể.
Tước cơ học
Tách lớp cơ học là công nghệ tách lớp cơ bản nhất, phá vỡ liên kết giữa các lớp bằng cách tác dụng lực bên ngoài. Quá trình này có thể được thực hiện bằng nhiều công cụ khác nhau, chẳng hạn như băng dính hoặc dung môi. Phương pháp phân cắt vi cơ học do Novoselov và Geim đề xuất vẫn là một trong những hình thức cơ bản để sản xuất graphene. Mặc dù phương pháp này có khả năng sản xuất ra vật liệu đơn lớp có độ tinh khiết cao nhưng khả năng tái tạo và dự đoán kém, và thường đòi hỏi phải chạy nhiều lần để đạt được kết quả mong muốn.
Tẩy bằng hóa chất
Tẩy hóa chất liên quan đến việc đưa các hóa chất bên ngoài vào để phá vỡ các liên kết giữa các lớp. Quá trình này thường đưa vào một số electron hoặc ion tự do để giảm các ràng buộc giữa các lớp và hình thành các liên kết hóa học mới. Bao gồm các phương pháp như lắng đọng hơi hóa học, khử oxit than chì và tẩy tế bào chết bằng điện hóa. Khả năng mở rộng quy mô của phương pháp tách hóa chất là lợi thế lớn nhất của nó, khiến nó được sử dụng rộng rãi trong sản xuất thực tế.
Tách nhiệt
Sự tách lớp do nhiệt sẽ tách các lớp ra bằng cách sử dụng nhiệt độ cao để khiến chúng giãn nở. Phương pháp này thường có thể đạt được năng suất cao hơn và thời gian phản ứng ngắn, cải thiện đáng kể hiệu quả sản xuất. Tuy nhiên, nhiệt độ cao hơn có thể dẫn đến các vấn đề về tạp chất trong vật liệu, đây là một trong những thách thức mà công nghệ tách lớp nhiệt hiện tại cần phải khắc phục.
Sự chuyển đổi từ băng sang công nghệ cao chắc chắn cho thấy khả năng vô hạn của việc khám phá khoa học. Trong thế giới khoa học vật liệu đang không ngừng phát triển, công nghệ nano trong tương lai sẽ mang lại những khám phá đáng ngạc nhiên nào?
