Vật liệu nguyên tử sẽ là mặt trận công nghệ mới

Dân trí Trong nền văn minh loài người, mọi kỷ nguyên đều có một vật liệu chủ chốt, từ thời kì đồ đá đến đồ đồng và đồ sắt

Từ những năm 60 của thế kỷ trước, các cấu trúc nano silicon hay chính là các con chip siêu nhỏ, đã cung cấp nguồn năng lượng vô cùng dồi dào để phát triển lĩnh vực điện tử, thông tin liên lạc, chế tạo, y dược và nhiều lĩnh vực khác.

Vậy các cấu trúc nano này nhỏ đến mức nào? Chúng vô cùng nhỏ, bạn có thể tích hợp ít nhất 3.000 transitor silicon lên ngọn của một sợi tóc. Tuy vậy, cũng có một giới hạn: dưới khoảng 5 na-nô-mét (nanometre) tức là 5 phần tỷ của một mi-li-mét thì khó có thể cải thiện hoạt động của các thiết bị silicon.

Vậy nếu chúng ta cạn kiệt vật liệu nano silicon thì thế hệ vật liệu chủ chốt tiếp theo của chúng ta sẽ là gì? Đó là khi “vật liệu nguyên tử” lên ngôi.

Vật liệu nguyên tử sẽ là mặt trận công nghệ mới - 1

Liệu graphene có trở thành nhân tố quyết định cho giai đoạn phát triển thông tin tới đây không?

Vật liệu nguyên tử là gì?

Chúng được gọi là vật liệu nguyên tử vì đặc tính của chúng tùy thuộc vào cấu hình chính xác của nguyên tử. Đây là một lĩnh vực mới nhưng đang phát triển rất nhanh.

Hãy lấy graphene (một vật liệu làm từ nguyên tử carbon) làm ví dụ. Trong khi nguyên tử carbon của kim cương hình thành một cấu trúc 3 chiều thì graphene được làm từ một tấm đơn gồm các nguyên tử carbon, kết hợp với nhau thành một mạng cấu trúc tổ ong.

Do có cấu trúc rắn, kim cương đặc biệt cứng và bền, nó là vật liệu hoàn hảo để làm đầu mũi khoan không vật liệu nào bằng và cũng là đá quý vô cùng đắt tiền. Ngược lại, graphene với cấu trúc nguyên tử carbon 2 chiều cho phép các electron di chuyển không ma sát ở tốc độ cao nên có tính dẫn điện cực cao và tạo nên độ bền cơ học mặt phẳng tuyệt vời. Như vậy, graphene có ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực y dược, điện tử, tích trữ năng lượng và lọc nước.

Bằng tia laser, chúng ta có thể điều chỉnh các cấu trúc nguyên tử này thành các thiết bị thu nhỏ mà vẫn hoạt động cực kì tốt.

Các nhà khoa học ở Trường đại học Swinburne, Úc, đang dùng vật liệu nguyên tử cho để cải tiến rất nhiều quy trình, bao gồm:

Màng làm lạnh: màng lạnh này có thể làm mát môi trường tới 10℃ mà không cần điện. Nếu sử dụng màng lạnh này cho một tòa nhà thì có thể tiết kiệm 35% điện sử dụng cho làm mát vào mùa hè. Nhờ đó các tòa nhà không chỉ giảm được tiền điện mà còn giảm phát thải khí nhà kính.

Màng hấp thụ nhiệt: Khoảng 97% lượng nước trên Trái Đất là ở các biển, nước này rất mặn và không thể sử dụng được nếu không lọc. Về lâu dài, rất có thể con người sẽ phải lọc nước biển để bù đắp sự khan hiếm nước ngọt. Với màng graphene năng lượng mặt trời, quy trình lọc nước biển sẽ rất hiệu quả.

Màng graphene sẽ giữ lại hầu hết ánh nắng mặt trời và chuyển đổi thành nhiệt. Mức nhiệt này có thể tăng lên đến 1600C trong vòng 30 giây. Nhiệt có thể dùng để chưng cất nước biển với hiệu quả hơn 95% và nước cất sạch hơn nước vòi. Công nghệ có chi phí thấp này phù hợp cho gia đình và các ứng dụng công nghiệp.

Màng cảm biến thông minh: Màng vật liệu nguyên tử linh mềm dẻo này có thể kết hợp rất nhiều chức năng bao gồm cảm biến môi trường, trao đổi thông tin và tích trữ năng lượng và có thể đưa vào các ứng dụng chăm sóc sức khỏe, thể thao, chế tạo tiên tiến, trồng trọt và nhiều lĩnh vực khác. Ví dụ: màng thông minh có thể giám sát độ ẩm của đất, nhờ đó việc tưới nước cho cây sẽ hiệu quả hơn.

Ống kính siêu mỏng, siêu nhẹ: Bộ phận cồng kềnh nhất của máy ảnh tích hợp trong điện thoại di động chính là ống kính, vì nó phải làm bằng kính quang dày. Nếu ống kính làm bằng graphene thì ống kính chỉ mỏng bằng một phần triệu của một milimet mà vẫn cho hình ảnh chất lượng tuyệt vời. Những ống kính như vậy sẽ làm giảm đáng kể trọng lượng cũng như giá thành của rất nhiều thiết bị từ điện thoại di động đến vệ tinh vũ trụ.

Cung cấp điện gần như tức thì: Các nhà khoa học ở Trường đại học Swinburne đã chế tạo ra một chiếc siêu tụ điện thân thiện với môi trường bằng graphene và có thể nạp điện cho thiết bị chỉ trong khoảng thời gian tính bằng giây. Tuổi thọ của siêu tụ điện này lên đến hàng triệu lần sạc. Khi được gắn vào phía sau tấm pin mặt trời, nó có thể tích trữ và giải phóng năng lượng điện mặt trời bất cứ khi nào và ở bất cứ đâu. Người sử dụng sẽ không phải phụ thuộc hay lo lắng gì khi đi xa.

Thế giới đang đối mặt với nhiều thách thức lớn, từ biến đổi khí hậu, khan hiếm năng lượng và tài nguyên đến sức khỏe thể chất cũng như tinh thần cho con người.

Cải tiến vật liệu đang trở nên quan trọng hơn bao giờ hết và cần được tiến hành một cách hiệu quả hơn, hướng đến mục tiêu sử dụng và thân thiện với môi trường. Nhưng các thách thức này chỉ có thể được giải quyết bằng sự nỗ lực chung của các nhà nghiên cứu, các doanh nghiệp, các ngành và các chính phủ trên toàn thế giới với một tinh thần cởi mở sẵn sàng chia sẻ và hợp tác.

Phạm Hường 

Theo The Conversation

Tag : Vật liệu
MỚI NHẤT
Hóa thạch của chuột tiền sử có kích thước bằng con người
Hóa thạch của chuột tiền sử có kích thước bằng con người

(Dân trí) - Các nhà khảo cổ đã phát hiện ra hóa thạch của một con chuột khổng lồ thời tiền sử có kích thước bằng một con người cách đây nhiều năm ở Nam Mỹ.

Chủ nhật, 16/02/2020 - 07:12

Nam Cực vừa trải qua ngày nóng nhất trong lịch sử
Nam Cực vừa trải qua ngày nóng nhất trong lịch sử

(Dân trí) - Nhiệt độ ở Nam Cực tuần qua đã lên đến 20,75 độ C. Đây là lần đầu tiên nhiệt độ ở lục địa này vượt quá 20 độ C, một nhóm các nhà nghiên cứu Argentina cho biết.

Chủ nhật, 16/02/2020 - 07:06

Phát hiện hổ phách loài ong nguyên thủy lâu đời nhất với phấn hoa
Phát hiện hổ phách loài ong nguyên thủy lâu đời nhất với phấn hoa

(Dân trí) - Hàng triệu năm trước, những con ong tiến hóa từ ong bắp cày, nhưng ít ai biết được sự chuyển đổi của chúng từ côn trùng ăn thịt sang ăn phấn hoa.

Thứ bảy, 15/02/2020 - 06:57

Máy bay bay thấp hơn có thể giúp giảm 59% tác động của khí hậu
Máy bay bay thấp hơn có thể giúp giảm 59% tác động của khí hậu

(Dân trí) - Bắt các máy bay bay thấp hơn chỉ 610 mét có thể cắt giảm tác động khí hậu của các khu vực mà chúng bay qua với con số khổng lồ 59%.

Thứ bảy, 15/02/2020 - 06:53

Sử dụng sóng não của các game thủ giỏi nhất thế giới để tạo vũ khí
Sử dụng sóng não của các game thủ giỏi nhất thế giới để tạo vũ khí

(Dân trí) - Nguồn tin cho biết chính phủ Mỹ đang chuyển sang nghiên cứu các game thủ để giúp xây dựng thế hệ robot tiếp theo.

Thứ bảy, 15/02/2020 - 06:48

Phát hiện loài cá sống trong hang động có kích thước lớn nhất thế giới
Phát hiện loài cá sống trong hang động có kích thước lớn nhất thế giới

(Dân trí) - Các nhà khoa học vừa phát hiện ra loài cá sống trong hang động có kích thước lớn nhất thế giới ở phía đông bắc Ấn Độ.

Thứ bảy, 15/02/2020 - 06:43

Tế bào miễn dịch phổ biến trong não có thể đóng vai trò chính trong bộ nhớ
Tế bào miễn dịch phổ biến trong não có thể đóng vai trò chính trong bộ nhớ

(Dân trí) - Trong một thí nghiệm mới trên chuột, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra vai trò mới của microglia là các tế bào miễn dịch thường trú trong não của chúng ta.

Thứ sáu, 14/02/2020 - 06:44

Con rùa lớn nhất mọi thời đại từng tồn tại từ 10 triệu năm trước
Con rùa lớn nhất mọi thời đại từng tồn tại từ 10 triệu năm trước

(Dân trí) - Các nhà cổ sinh vật học từ Đại học Zurich đã nghiên cứu hài cốt mới được tìm thấy của loài rùa này, được đặt tên là Stypendemys geographicus.

Thứ sáu, 14/02/2020 - 06:41

Trái đất có thể mất 1/3 của tất cả các loài động vật và thực vật
Trái đất có thể mất 1/3 của tất cả các loài động vật và thực vật

(Dân trí) - Các nhà khoa học vừa đưa ra cảnh báo hàng triệu sinh vật trên Trái đất có nguy cơ tuyệt chủng vào năm 2070 do biến đổi khí hậu.

Thứ sáu, 14/02/2020 - 06:30

Phát hiện bệnh hiếm gặp ở người đã từng có trên khủng long
Phát hiện bệnh hiếm gặp ở người đã từng có trên khủng long

(Dân trí) - Hội chứng mô bào (Langerhans's Cell Histiocytosis- LCH) - một căn bệnh hiếm gặp ở người vừa được tìm thấy trong một chiếc đuôi khủng long cổ đại.

Thứ sáu, 14/02/2020 - 06:24

Khám phá ra hành tinh “sơ sinh” khổng lồ gần Trái đất
Khám phá ra hành tinh “sơ sinh” khổng lồ gần Trái đất

(Dân trí) - Các nhà nghiên cứu tại Học viện Công nghệ Rochester (RIT) vừa công bố phát hiện ra sự hiện diện của một hành tinh khổng lồ “sơ sinh” mới, gần Trái đất hơn bất kỳ hành tinh nào ở độ tuổi trẻ như vậy.

Thứ năm, 13/02/2020 - 06:14

Bất ngờ với các kết quả nghiên cứu của nữ trí thức Việt
Bất ngờ với các kết quả nghiên cứu của nữ trí thức Việt

(Dân trí) - Kết quả nghiên cứu của các nữ trí thức đều tập trung vào những vấn đề nóng đang được dư luận xã hội đặc biệt quan tâm như phòng chống virus corona mới; xử lý hiệu quả sản phẩm nông nghiệp…

Thứ năm, 13/02/2020 - 05:56

ĐÁNG QUAN TÂM
Virus corona mới có thể sống tới 9 ngày trong điều kiện nhiệt độ phòng?
Virus corona mới có thể sống tới 9 ngày trong điều kiện nhiệt độ phòng?

(Dân trí) - Nếu coronavirus mới (COVID-19) cũng giống như các loại virus khác trong họ thì chúng có thể tồn tại trên bề mặt vật thể trong một tuần hoặc hơn.

Thứ năm, 13/02/2020 - 05:00

Lục địa bí ẩn Zealandia bị biến đổi bởi Vành đai lửa Thái Bình Dương
Lục địa bí ẩn Zealandia bị biến đổi bởi Vành đai lửa Thái Bình Dương

(Dân trí) - Các nhà khoa học vừa tìm ra những cơ sở mới liên quan đến lục địa bí ẩn Zealandia nằm dưới Thái Bình Dương, đã trải qua một biến động lớn khoảng 35 đến 50 triệu năm trước.

Thứ năm, 13/02/2020 - 07:11

Phát hiện dạng sống "kỳ quái" của loài rùa đất cổ đại
Phát hiện dạng sống "kỳ quái" của loài rùa đất cổ đại

(Dân trí) - Tiểu hành tinh được cho đã quét sạch khủng long cách đây 65 triệu năm cũng khiến gần 75% tất cả các loài trên hành tinh của chúng ta bị tuyệt chủng.

Thứ năm, 13/02/2020 - 07:05

Phơi nhiễm ozone liên quan đến nguy cơ tử vong gia tăng
Phơi nhiễm ozone liên quan đến nguy cơ tử vong gia tăng

(Dân trí) - Tiếp xúc hàng ngày với một loại khí phản ứng cao được gọi là ozone tầng mặt đất có liên quan đến việc tăng nguy cơ tử vong.

Thứ năm, 13/02/2020 - 06:59

Dự báo sắp diễn ra thời kỳ băng hà phạm vi hẹp
Dự báo sắp diễn ra thời kỳ băng hà phạm vi hẹp

(Dân trí) - Các chuyên gia của NASA phát hiện thấy các dòng hải lưu tại Bắc Cực đang chảy nhanh hơn và trở nên xoáy hơn do hiện tượng băng tan nhanh.

Thứ tư, 12/02/2020 - 07:40

Phát hiện loài “khủng long thần chết” anh em họ của T. rex ở Canada
Phát hiện loài “khủng long thần chết” anh em họ của T. rex ở Canada

(Dân trí) - Hóa thạch của một người anh em họ với khủng long bạo chúa Tyrannosaurus rex mới được phát hiện đang thu hút sự chú ý của giới khảo cổ học.

Thứ tư, 12/02/2020 - 07:17

Tìm thấy bảng “trò chơi tử thần” cổ xưa của người Ai Cập cổ đại
Tìm thấy bảng “trò chơi tử thần” cổ xưa của người Ai Cập cổ đại

(Dân trí) - Các nhà khảo cổ học vừa tìm thấy bằng chứng về một “trò chơi tử thần” của người Ai Cập cổ đại đã được sử dụng để liên lạc với người chết khoảng 3.500 năm trước.

Thứ tư, 12/02/2020 - 07:12

Bầu trời ở các hành tinh khác có xanh như ở Trái Đất không?
Bầu trời ở các hành tinh khác có xanh như ở Trái Đất không?

(Dân trí) - Trước khi nói về khí quyển của các hành tinh khác, chúng ta hãy cùng tìm hiểu khí quyển là gì.

Thứ tư, 12/02/2020 - 07:09

Tín hiệu bí ẩn từ không gian sâu thẳm đang lặp lại trong chu kỳ 16 ngày
Tín hiệu bí ẩn từ không gian sâu thẳm đang lặp lại trong chu kỳ 16 ngày

(Dân trí) - Theo một nghiên cứu mới, một vụ nổ radio nhanh (FRB) đã được phát hiện đến từ một thiên hà cách Trái đất 500 triệu năm ánh sáng và nó cứ lặp đi lặp lại sau mỗi 16 ngày.

Thứ tư, 12/02/2020 - 06:58

Đà Nẵng triển khai thí điểm sử dụng máy cấp phát giấy tờ tự động
Đà Nẵng triển khai thí điểm sử dụng máy cấp phát giấy tờ tự động

(Dân trí) - Ngày 11/2, Sở Thông tin – Truyền thông Đà Nẵng cho biết, đơn vị đang triển khai thí điểm sử dụng máy cấp phát giấy tờ tự động để trả kết quả giải quyết một số thủ tục hành chính.

Thứ tư, 12/02/2020 - 06:52

“Người siêu lây nhiễm” ở Anh có thể đã truyền nCoV cho hơn 10 người
“Người siêu lây nhiễm” ở Anh có thể đã truyền nCoV cho hơn 10 người

(Dân trí) - Một người Anh bị nhiễm virus corona mới trong chuyến công tác rất có thể đã lây cho 11 người khác.

Thứ ba, 11/02/2020 - 05:28

VNU-LIC lọt vào top 100 kho tài nguyên số nội sinh toàn cầu
VNU-LIC lọt vào top 100 kho tài nguyên số nội sinh toàn cầu

(Dân trí) - Tháng 2 vừa qua, Kho tài nguyên số nội sinh của Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội  (VNU-LIC)  đã vào trong top 100 toàn cầu của Bảng xếp hạng RANKING WEB OF REPOSITORIES.

Thứ ba, 11/02/2020 - 03:51