Graphene: Vật liệu mới có thể làm biến đổi thế giới.

Tên gọi graphene gồm có từ graphite – khoáng chất được sử dụng trong ruột bút chì -- và hậu tố -ene vốn có nghĩa là liên kết đôi (double-bond). Graphene lần đầu tiên được phát hiện vào năm 2004 bởi hai nhà vật lý học Andre Geim và Konstantin Novoselov khi họ tách băng dính ra khỏi khối khoáng graphite.Chính nhờ vào phát hiện này mà chỉ sáu năm sau đó – tức năm 2010- hai nhà khoa học này  đã được trao giải Nobel vật lý.

theo internet 

Graphene vô cùng mỏng: 3.000.000 lớp graphene xếp chồng lên nhau mới đạt tới độ cao 1 mm. Thật vậy cấu trúc của graphene được biểu thị giống như hình dưới đây, mỗi hạt tròn nhỏ trong hình biểu thị cho một nguyên tử carbon (C) được sắp xếp đúng quy luật thành hình lục giác đều. Nói cách khác độ dày của graphene bằng đúng độ dày của một nguyên tử carbon.

Thế nhưng tính chất vật lý của graphene lại vượt trội hẳn rất nhiều các loại vật liệu đã biết (*). Chăng hạn như graphene bền gấp 100 lần và có độ đàn hồi gấp 6 lần so với sắt.

Nó có đặc tính của cả kim loại và chất bán dẫn. Đặc biệt, graphene dẫn điện và nhiệt rất tốt nhưng lại gần như trong suốt khi được chia ra thành lớ

Tiềm năng của graphene là rất lớn, nó được kỳ vọng sẽ tạo bước tiến vượt bậc trong các ngành sản xuất công nghiệp từ áp dụng vào sản xuất những màn hình rất mỏng cho tới sản xuất những chiếc máy bay có trọng lượng nhẹ nhưng vững chắc, những loại pin nhỏ gọn nhưng có dung lượng cao, đường truyền internet tốc độ cao, panel pin mặt trời, võng mạc nhân tạo…Hiện tại, graphene đang được coi là trọng điểm nghiên cứu tại nhiều nước trên thế giới, 

Tại Hoa kỳ các nhà khoa học và công nghệ đã phát hiện ứng dụng không có giới hạn của loại vật liệu mới này  trong mọi lãnh vực của cuộc sống con người và dự báo graphene sẽ ãnh hưởng rất lớn đến nền kinh tế Hoa kỳ, thậm chí có thể làm thay đổi cả thế giới.

Theo dự kiến của các nhà khoa học và công nghệ Mỹ thì graphene sẽ tạo ra cuộc cách mạng trong thông tin không dây, đặc biệt con người có thể phóng vệ tinh với kích thước bằng tòa nhà nhiều tầng nhưng trọng lượng chưa bằng trọng lượng của miếng thịt nướng. 

Người ta có thể tải về điện thoại thông minh một băng hình có độ phân giải cao chỉ trong thời gian tính bằng nano giây. Hãng sản xuất điện thoại thông minh nào sớm khai thác tính năng ưu việt của graphene sẽ chiến thắng trong cuộc cạnh tranh khốc liệt trên thị trường điện thoại thông minh thế giới.

Trong y tế, nhờ graphene, các bác sĩ có thể sử dụng các loại dược phẩm mới với liều lượng cao để tiêu diệt tế bào ung thư nhưng không gây hại những tế bào lành. Graphene có thể sử dụng chế tạo máu nhân tạo, giúp con người tránh được nguy cơ bị truyền máu nhiễm virus hoặc không phải mất nhiều thời gian tìm kiếm các loại máu hiếm. Graphene có thể được sử dụng làm thuốc chữa bách bệnh cho người già.
Nhờ nghiên cứu mới của các nhà khoa học Đại học Wayne State thuộc bang Michigan (Mỹ), các bác sĩ có thể điều trị hiệu quả bệnh Alzheimer bằng việc cấy các điện cực graphene vào não người bệnh. Các điện cực graphene có tuổi thọ tới 5 năm thay thế các điện cực chỉ có tuổi thọ tính bằng tháng như hiện nay, góp phần cải thiện cuộc sống của nhiều triệu người bệnh trên thế giới. Các điện cực graphene cũng có thể được sử dụng điều trị hiệu quả những tổn thương cột sống và khiếm thị.
Ngoài ra các nhà khoa học Mỹ đã phát hiện khả năng sử dụng graphene để kích thích sự phát triển của các mô trong cơ thể người. Ứng dụng này của graphene mở ra khả năng chữa khỏi các khuyết tật bẩm sinh về tim, căn bệnh đã được nghiên cứu điều trị thử nghiệm hơn 100 năm qua nhưng chưa thành công.

Trong lãnh vực máy điện toán, nghiên cứu của các nhà khoa học Viện Rensselaer ở tiểu bang New York đã loại bỏ được trở ngại lớn trong lãnh vực vi điện tử. Họ đã biến một tấm graphene siêu mỏng thành các bóng bán dẫn siêu nhỏ, mở ra khả năng chế tạo máy vi tính siêu nhỏ cũng như những vi mạch cứng siêu nhỏ trong tương lai.
Các nhà khoa học trên dự báo vào cuối thập kỷ này, thế giới có thể có máy điện toán kích thước đặt trong lòng bàn tay nhưng có sức mạnh tính toán bằng 10.000 máy điện toán hiện nay.  

Graphene cũng tạo ra cuộc cách mạng trong lãnh vực chế tạo màn hình siêu mỏng và siêu lớn. Người ta có thể mang tivi này trong túi đến bất cứ đâu và treo lên tường để thưởng thức các chương trình truyền hình.

Trong quân sự, các nhà khoa học Đại học Texas (Dallas) đã sử dụng graphene để làm biến mất các vật thể khỏi tầm mắt của con người. Những tấm áo choàng vô hình này sẽ giúp tàng hình các phương tiện quân sự như xe tăng, pháo… thậm chí cả con người trước mắt đối phương.

Tóm lại, giới khoa học nhận định graphene sẽ góp phần định hình mọi lãnh vực đời sống hàng ngày của con người vào cuối thập kỷ này. Tuy nhiên việc nghiên cứu trong việc sản xuất đại trà graphene hãy còn khó khăn .

 

-------------------------------------------------

(*) Dưới đây là tóm tắt về 10 siêu vật liệu cứng nhất trên thế giới hiện nay, theo thứ thự tăng dần:

10. Tơ nhện: Tơ của loài nhện Darwin's Bark được coi là vật liệu sinh học cứng chắc nhất từng được biết đến từ trươc tới nay. Chúng thậm chí còn dai chắc hơn gấp 10 lần sợi Kevlar - loại vật liệu đang được con người sử dụng để làm áo chống đạn.

9. Silicon cacbua (SiC): Loại vật liệu này có độ cứng chắc rất cao và đã được sử dụng để tạo nên lớp giáp sắt Chobham của các xe tăng chiến đấu.

8. Nanospheres/Nano-Kevlar: Các hạt nano tí hon có khả năng tự tập hợp này là vật liệu hữu cơ cứng nhất mà con người từng tạo ra được. Chúng có thể dẫn tới việc phát triển lớp áo giáp bọc cơ thể in ấn được.

7. Kim cương: Loại vật liệu tự nhiên cứng nhất trên thế giới này có khả năng chống trầy xước vô địch.

6. Wurtzite boron nitride: Đây là vật liệu được tạo ra trong các vụ phun trào núi lửa và về lí thuyết cứng hơn kim cương 18%. Tuy nhiên, trong thực tế, con người chưa từng thu được số lượng vật liệu này đủ lớn để phục vụ việc kiểm nghiệm giả thiết này.

5. Lonsdaleite: Loại vật liệu này được hình thành khi các thiên thạch chứa than chì va chạm với vào Trái đất. Kết quả mô phỏng cho thấy, lonsdaleite có thể cứng hơn kim cương 58%, nhưng các nhà nghiên cứu cũng chưa kiểm nghiệm được điều này trong thực tế vì chúng quá hiếm.

4. Dyneema: Loại chất dẻo tổng hợp polythen này được quảng cáo là loại sợi cứng nhất trên thế giới. Với đặc điểm là nhẹ hơn nước nhưng cứng hơn thép gấp 15 lần, dyneema có thể chặn được đạn bay.

3. Thủy tinh kim loại: Loại thủy tinh hợp kim này là sản phẩm kết hợp giữa độ cứng và sức bền. Nó được coi là vật liệu bền nhất trên Trái đất hiện nay.

2. Buckypaper: Vật liệu nano này ra đời từ các phân tử carbon hình ống, mỏng hơn 1 sợi tóc người tới 50.000 lần. So với thép, buckypaper cứng hơn 500 lần, nhưng nhẹ hơn 10 lần.

1. Graphene: Đây là một lớp carbon có độ dày 1 phân tử, cứng gấp 200 lần thép. Để chọc thủng một tấm graphene mỏng như giấy nhựa saran, bạn cần áp lực tạo bởi một con voi đứng cân bằng trên một cái bút chì. (Khoahoc.TV)