Graphene: Vật liệu có khả năng tái tạo lại các chi tiết của thiết bị điện tử

Valence Industries, một công ty chuyên về than chì có trụ sở gần Port Lincoln, miền Nam nước Úc đang nghiên cứu một loại vật liệu được cho là rắn chắc hơn 200 lần so với thép và dẫn điện tốt hơn so với kim loại đồng: graphene.

Chris Darby, Giám đốc quản lý tại Valence Industries trong một cuộc nói chuyện với trang tin Mashable đã cho biết hiện tại các sản phẩm chính của Valence Industries là than chì tinh chế dùng cho pin, các tế bào năng lượng mặt trời và điện tử tiêu dùng nhưng mối quan tâm lớn nhất của họ hiện đang tập trung vào vật liệu "graphene". "Đó sẽ là một cuộc cách mạng công nghiệp trong thời gian tới", ông cho biết.

Hiện tại, công ty này đang xây dựng một cơ sở chế biến tiên tiến ở Adelaide với một phòng thí nghiệm chuyên dụng để mở rộng quy mô sản xuất loại vật liệu mới này. Valence đã hợp tác với các nhà nghiên cứu tại Đại học Wollongong, Đại học Flinders, Đại học Adelaide và Đại học Nam Australia để nhằm mục tiêu đưa "graphene" vào thương mại hóa.

Vậy thực chất "graphene" là gì?

Graphene là vật liệu làm từ carbon nguyên chất có độ dày chỉ tương đương một nguyên tử - được phát hiện bởi Andre Geim, một giáo sư vật lý tại Đại học Manchester. Đây được xem là loại vật liệu có cấu trúc hai chiều đầu tiên được con người tìm thấy. Cụ thể, vào năm 2002, Geim và các sinh viên của mình vô tình tìm thấy "graphene" khi họ sử dụng một tấm băng dính dán lên một miếng graphite (chất liệu dùng làm ruột bút chì). Sau đó, Geim đã giành được giải Nobel cho khám phá này vào năm 2010.

graphene có nguồn gốc từ than đá

Để sản xuất graphene, Valence Industries sử dụng phương pháp điện phân hóa học để tách các lớp graphene từ chất liệu graphite (có nguồn gốc từ than chì).

Dusan Losic, một vị Giáo sư hóa học của đại học Adelaide (một trong những đối tác của Valence) sau 3 năm làm việc với graphene đã cho rằng "đây là vật liệu của thế kỷ 21". Theo Losic, Graphene mỏng hơn một triệu lần so với một mảnh giấy, rắn hơn so với một viên kim cương, co giãn, linh hoạt và có khả năng dẫn điện tốt hơn so với đồng và silicon. Điều quan trọng là hiện tại hầu như chưa có một vật liệu nào gọi là "tương đương" với graphene.

Hiện tại, Valence Industries và các đối tác của mình đang nghiên cứu graphene để đưa chất liệu này vào các mục đích sản xuất công nghiệp và cả tiêu dùng. Ví dụ, graphene có thể thay thế mã vạch trên các thẻ điện tử hoặc in 3D bo mạch ở mức độ nguyên tử và nâng cấp điện thoại của bạn mà không cần ra cửa hàng mua sản phẩm mới (đây là những ý tưởng mà Losic và các cộng sự của mình đang hướng tới).

Xưởng sản xuất graphene

Darby cho biết thách thức lớn nhất để đưa graphene vào cuộc sống là làm cách nào để nó sao chép một cách chính xác thông số kỹ thuật của các sản phẩm qua những lần khác nhau. Hơn nữa, quy mô sản xuất cũng là một rào cản không hề nhỏ trong tình hình hiện nay. Tuy nhiên, lợi thế mà graphene mang lại là khá lớn khi chỉ với một chút than chì với kích thước bằng móng tay em bé, bạn có thể sản xuất graphene đủ lấp đầy 1 cái can 2 lít (ở đây là vấn đề cấu trúc chính xác của các vật mà graphene sẽ tái tạo chứ không phải vấn đề về khối lượng).

Vấn đề giá thành cũng đang được các nhà nghiên cứu quan tâm, 1 gram vật liệu này hiện đang có giá 200 USD nhưng người ta hi vọng nó sẽ rẻ hơn khi được đưa vào sản xuất đại trà.

Theo nghiên cứu năm 2011 của IBM thì mặc dù graphene chưa thể thay thế hoàn toàn chất bán dẫn silicon nhưng người ta có thể bổ xung silicon vào graphene để tăng cường sức mạnh cho các con chip máy tính. Nhiều người rất quan tâm đến các đặc tính của graphene, chẳng hạn tính mềm dẻo của nó sẽ rất hữu ích cho các thiết bị điện tử.

Losic cho rằng các sản phẩm công nghệ được sản xuất từ graphene sẽ có mặt trong khoảng 3 năm nữa và sẽ trở nên phổ biến trong vòng 5 năm tới. Chúng ta hãy cùng chờ xem liệu đây có phải là một chất liệu làm nên một cuộc cách mạng trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp điện tử hay không?

Tham khảo: Mashable