Khoa học tự nhiên

Quả cầu bằng vật liệu graphene kích cỡ một nguyên tử có khả năng chịu được sức ép cực lớn (09/09/2016)

Graphene là một lớp các nguyên tử carbon được xắp xếp thành mạng lục giác hai chiều (mạng hình tổ ong). Nó được phát hiện bởi Andre Geim and Kostya Novoselov vào năm 2004. Đây là vật liệu có nhiều tính chất đặc biệt như dẫn nhiệt, dẫn điện tốt, có độ cứng rất lớn và nó gần như trong suốt. Bởi vậy, vật liệu này đã và đang được nghiên cứu mạnh mẽ cho nhiều lĩnh vực ứng dụng quan trọng như tích trữ năng lượng, pin mặt trời, các bóng bán dẫn, xúc tác, cảm biến, vật liệu polymer tổ hợp,....

Theo báo cáo của các nhà nghiên cứu thuộc trường Đại học Manchester mới đây cho thấy, các quả cầu nhỏ được làm từ vật liệu graphene có kích thước bằng 1 nguyên tử này có thể chịu được sức ép cực kỳ lớn, lớn hơn nhiều lần với áp suất dưới đáy đại dương, là do graphene có độ cứng rất lớn, cứng hơn gấp 200 lần so với thép.

Bằng cách rải vật liệu graphene lên trên một chất nền phẳng, nhóm nghiên cứu đã chế tạo được những quả cầu graphene này. Những quả cầu này như các vệt rỗ khí, nổi phồng lên như các bọt bong bóng. Điều này đã giúp nhóm nghiên cứu phát hiện ra cách thức các phân tử tác động trở lại khi nó chịu một sức ép lớn tác động lên.

Trong bài viết công bố trên tạp chí Nature Communications, các nhà khoa học cho biết hình dạng và kích thước của các quả bong bóng nano này “cung cấp thông tin minh bạch” về cả độ bền đàn hồi (elastic strength) của graphene lẫn sự tương tác cho chất nền cơ bản. 

Các nhà khoa học cũng đã phát hiện ra rằng cũng có thể chế tạo ra các quả cầu này bằng các tinh thể 2 chiều (2D) khác như molybdenum disulfide đơn lớp (MoS2) hoặc boron nitride đơn lớp. Và họ có thể đo được trực tiếp sức ép do graphene gây ra lực lên vật liệu kẹt trong quả bóng và ngược lại.

Để làm được điều này, nhóm nghiên cứu đã khứa rãnh những bọt bong bóng graphene MoS2 đơn lớp và boron nitride đơn lớp bằng một đầu chóp kính hiển vi lực nguyên tử (atomic force microscop) và đã đo được lực tác động cần thiết để có thể tạo ra một vết lõm có kích thước nhất định.

Những số đo này đã cho thấy những quả cầu bọc graphene kích cỡ micrmét này đã tạo ra áp suất lớn bằng 200 mega paxal hay 2.000 atmotphe. Thậm chí áp suất của những quả bong bóng siêu nhỏ này còn lớn hơn nhiều so với dự đoán của nhóm nghiên cứu.

Theo Ekaterina Khestanova, nghiên cứu sinh, người trực tiếp thực hiện thí nghiệm, cho biết: “Áp suất này đủ lớn để hiệu chỉnh các đặc tính của vật liệu kẹt bên trong các quả bong bóng này như là chúng ta có thể thúc đẩy quá trình đóng băng của chất lỏng nhanh hơn so với nhiệt độ đóng băng bình thường của nó”.

Sir Andre Geim, đồng tác giả nghiên cứu, cũng nhấn mạnh rằng: “Bây giờ các nhà nghiên cứu có thể nghĩ đến việc nghiên cứu các đặc tính của các màng mỏng nguyên tử có khả năng chịu sức ép và ứng lực lớn”.

Nguồn: www.vista.gov.vn