Máy nén thủy lực graphen có khả năng tạo ra các vật liệu 2D mới

Nghiên cứu mới đây đã chỉ ra rằng các phân tử bít kín giữa hai tấm nguyên liệu graphene mỏng có khả năng tạo ra áp suất rất lớn lên các phân tử để thay đổi trạng thái của chúng, biến đổi chúng thành các tinh thể mới.

Nhóm các nhà nghiên cứu thuộc trường Đại học Manchester, do giáo sư Rahul Nair đứng đầu, đã công bố những phát hiện này trên tạp chí Nature Communications. Các kết quả nổi bật từ nghiên cứu chứng tỏ phương pháp mới tạo ra các vật liệu 2D đa dụng có các đặc tính độc nhất này có thể mang lại nhiều lợi ích cho hàng loạt các ứng dụng trong tương lai.

Máy nén nano graphene này có khả nămg làm được điều đó là do các đặc tính độc đáo của vật liệu. Graphen cứng hơn kim cương nên có thể cho phép một lượng lực cực lớn tác dụng lên các phân tử bị mắc kẹt mà không phá hỏng các lớp graphen. Hai lớp xếp chồng lên nhau cũng tạo ra một lớp màng bọc bít kín xung quanh các phân tử bị mắc kẹt để nén chúng.

Các phân tử bị đóng kín giữa hai lớp của graphen này có thể chịu được áp lực tương đương 10.000 lần áp suất không khí trong lốp xe đạp.

Giáo sư Nair cho biết: “Do áp suất cực lớn và sự giam hãm các phân tử bị mắc kẹt này lớn, dẫn đến các graphen này sẽ tăng hiệu quả hoạt động giống như nồi áp suất cỡ nano hoạt động ở nhiệt độ phòng”.

Graphen, lần đầu tiên được phân lập và nghiên cứu tại Đại học Manchester vào năm 2004, đã cho cho thấy các vật liệu 2D có các đặc tính đặc biệt có thể thay đổi cách thức chúng ta sản xuất các thiết bị điện tử, hợp chất, các loại pin và nhiều thiết bị khác.

Những nano tinh thể mới này cho phép chúng ta phát triển các bộ công cụ giúp các nhà nghiên cứu tạo ra được các thiết bị và các ứng dụng trong tương lai.

Nghiên cứu này nhận được sự quan tâm bởi trước đó công trình nghiên cứu của Viện Graphene Quốc gia đã quan sát thấy những gì xảy ra với các phân tử nước ở cấp độ nano.

Bằng phương pháp tiếp cận này nhóm nghiên cứu đã tạo ra được các tinh thể 2D của oxit đồng, oxit magie và oxit canxi ở nhiệt độ phòng mà trước đây được cho là điều không thể. Điều kiện để biến đổi các dung dịch muối như đồng sulfat, magiê clorua thường đòi hỏi nhiệt độ và áp xuất rất lớn để tạo ra các phản ứng. Phương pháp mới này thu được các kết quả tương tự ở nhiệt độ phòng bởi áp suất được tạo ra trong 1 nano mét bít kín ở giữa hai lớp graphene.

Tiến sĩ Vasu Siddeswara Kalangi cho biết: “Các hiệu ứng quan sát được không bị giới với các tường vây graphene, các tinh thể 2D khác cũng có thể áp dụng. Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy khả năng của việc tìm kiếm chất hóa học và vật lý áp suất cao ở cấp độ nano bằng việc sử dụng máy nén thủy lực graphen”.

Nghiên cứu hiện nay trong phạm vi lĩnh vực các vật liệu 2D tập trung vào việc chế tạo các cấu trúc hetero được tạo ra bởi sự sắp lớpnhau khác của các vật liệu nguyên tử mỏng khác nhau (atomically thin materials) và việc nghiên cứu các thiết bị có cấu trúc hetero khác nhau như các đèn LED kích cỡ nano.

Nghiên cứu mới này cũng cho phép các nhà khoa học hiểu rõ tác dụng các phân tử bị mắc kẹt trong các thiết bị cấu trúc hetero mới điều mà có thể hỗ trợ hoặc làm gián đoạn nghiên cứu. Đồng thời cho phép chúng ta có được một sự hiểu biết tốt hơn về thế giới xung quanh ở quy mô nguyên tử và thúc đẩy thương mại hóa các thiết bị gốc graphene mới.

P.T.T-NASATI (Theo Phys)