13 cách mà siêu vật liệu Graphen sẽ làm thay đổi công nghệ tương lai (phần 1)

Kể từ khi graphene đã được phát hiện lần đầu tiên vào năm 2004, nó hứa hẹn có thể tạo ra một cuộc cách mạng công nghệ mới trên toàn thế giới.

• Biến siêu vật liệu graphen thành chất bán dẫn
• Tính năng kỳ diệu ’siêu vật liệu’ graphen

Những cách mà siêu vật liệu Graphen sẽ làm thay đổi công nghệ tương lai

Chúng ta đang đứng trước một cuộc cách mạng có thể thay đổi những thứ chúng ta sử dụng hàng ngày như xe hơi, quần áo, bóng đèn và thậm chí là nước uống. Và thứ tạo thành cuộc cách mạng này là siêu vật liệu rất hấp dẫn với các nhà khoa học là Graphene.

Graphene là một lớp mỏng của các nguyên tử Carbon – là nguyên tố cấu tạo thành Kim Cương và Than – là thứ mang tính chất 2 chiều đầu tiên được tạo ra, có nghĩa là nó có thể dày hơn một nguyên tử, hoặc mỏng hơn một sợi tóc người khoảng một triệu lần.

Mặc dù có kích thước siêu nhỏ, Graphene là một danh mục đầu tư lớn vì các thuộc tính kỳ diệu của nó. Ví dụ, nó cứng hơn 1000 lần so với thép, nhưng nhẹ hơn giấy 1000 lần và có tính chất bán dẫn hơn cả silicon, chất mà chúng ta thường dùng trong các mạch máy tính.

Kể từ khi graphene đã được phát hiện lần đầu tiên vào năm 2004, hàng trăm nhà nghiên cứu trên thế giới đã bắt đầu nghiên cứu những tính chất của nó, và hứa hẹn nó có khả năng tạo thành một cuộc cách mạng công nghệ mới trên toàn thế giới.

1. Máy tính nhanh hơn, rẻ hơn

Khi độ dẫn điện của graphene được phát hiện lần đầu tiên, đã có những hy vọng graphene có thể thay thế chip bằng silicon ngày nay – một sự thay đổi mở ra một kỷ nguyên mới cho đồ điện tử rẻ hơn, hiệu năng cao hơn.

Nhưng hơn 10 năm sau đó, chúng ta vẫn sử dụng chip silicon vì các nhà khoa học vẫn chưa tìm thấy cách để kiểm soát dòng điện trên chip graphene – một tính năng rất quan trọng trong việc điều hành cách mạch máy tính.

Tháng 1 năm ngoái, các nhà nghiên cứu tại IBM đã công bố một bước đột phá lớn trong lĩnh vực này, họ đã thiết kế và xây dựng một mạch tích hợp làm bằng graphene. Lần đầu tiên xuất hiện một máy tính thử nghiệm thực hiện bài kiểm tra so sánh với công nghệ silicon. Ngay sau công bố này, IBM đã tuyên bố họ đã tiêu tốn thêm 3 tỷ USD để tiếp tục nghiên cứu những cách để các máy tính tương lai nhanh hơn, chip máy tính rẻ hơn với graphene và các vật liệu khác.

2. Làm thay đổi công nghệ chiếu sáng và màn hình LED

Trong tháng 3 năm nay, các nhà khoa học tại Đại Học Manchester và công ty Graphene Lighting đã công bố họ đã thiết kế một bóng đèn Graphene. Các nhà khoa học lấy một đi-ốt, hoặc LED và sơn lên một lớp graphene lên nó.

Bởi vì các Graphene có tính dẫn điện tốt, các nhà khoa học báo cáo rằng các bóng đèn có thể đạt hiệu suất tốt hơn 10% và kéo dài tuổi thọ hơn so với bóng LED hiện nay trên thị trường. Những bóng đèn Graphene có thể được bán ra trong vài tháng tới.

3. Xử lý ngay lập tức tai nạn tràn dầu

Tháng 4 năm nay, các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livemore cho biết họ đã phát triển một phương thức đột phá để sản xuất Graphene bằng cách in 3D có cấu trúc giống Aero – gel.

Aero-gel được làm chủ yếu bằng không khí, có tính thấm hút rất cao. Do đó chúng có thể được sử dụng làm sạch sự cố tràn dầu. Trong năm 2013, các nhà khoa học vật liệu của Trung Quốc cho biết họ đã sản xuất thành công Graphene Aero-gel, có thể thấm hút dầu gấp 900 lần trọng lượng của nó. Không chỉ vậy, các Graphene aero-gel có thể vắt khô và tái sử dụng nhiều lần.

4. "Siêu" pin

Một trong những đặc tính hứa hẹn nhất của graphene là khả năng tích điện. Tính năng này hứa hẹn sẽ mang đến một loại pin tái sử dụng mới, gọi là siêu tụ, có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn và sạc lại nhanh hơn bất cứ loại pin nào hiện nay.

Thay vì tiêu tốn cả giờ để sạc smartphone của bạn như hiện nay, thì với loại pin Graphene này, sẽ chỉ mất vài giây. Nhưng công nghiệp pin cho điện thoại chỉ là khởi đầu.

Vào tháng 8 năm 2014, công ty ô tô và lưu trữ năng lượng của Elon Musk là Tesla Motors đã thông báo họ đã khám phá ra pin Graphene để sản xuất một chiếc xe chạy bằng pin có thể chạy 500 dặm trên một lần sạc – quãng đường dài gấp đôi các mẫu xe điện hiện nay.

Một trong những lý do mà Tesla chưa thể tạo ra các mẫu xe thể thao sử dụng pin Graphene là vì: chế tạo Graphene vô cùng khó khăn, tốn nhiều thời gian, và giá thành đắt.

5. Thiết bị điện tử có thể gập lại

Một trong những tiến bộ được mong đợi nhất trong việc đẩy nhanh quá trình sản xuất graphene là bằng cách trộn than chì – chất liệu phổ biến rộng rãi được dùng để làm bút chì – với các chất khác trong một quá trình gọi là doping. Kết quả là một chất lỏng mà sau đó được chuyển đổi thành vật liệu Graphene.

Để thực hiện việc chuyển đổi này, họ phơi chất lỏng dưới tia laser, và các nhà nghiên cứu tại Đại học UCLA đã nhanh chóng tạo ra một siêu tụ Graphene có thể sạc và xả pin nhanh hơn so với tiêu chuẩn từ 100 đến 1000 lần so với hiện nay.

Những hỗn hợp than chì lỏng còn được gọi là Graphene, trong đó có một ứng dụng là dùng làm mực in, chế tạo các thiết bị điện tử mỏng đủ để gấp lại, cuộn tròn và hấp thụ xung lực mà không bị vỡ.

6. Ứng dụng trong kỹ thuật bionic

Thật khó để tưởng tượng khi cơ thể mất cánh tay hoặc chân cho đến khi điều đó xảy ra. Hiện nay, chân tay giả rất phổ biến, tuy nhiên nó không thể thay thế hoàn hảo.

Chân tay giả điện tử, được gọi là kỹ thuật sinh học bionic là một cuộc cách mạng trên lĩnh vực y tế, đem lại cho bệnh nhân sự thoải mái và vận động tốt hơn bao giờ hết, và graphene có thể đóng vai trò rất quan trọng trong tương lai trong lĩnh vực này.

Về lý thuyết, các bác sĩ có thể sử dụng Graphene để dẫn điện giữa các tế bào của con người và tay chân giả, cho phép con người có thể điều khiển tay chân giả bằng suy nghĩ. Ngoài ra, Graphene không có tác động đến máu hoặc các chất dịch cơ thể khác, có nghĩa là nó có khả năng duy trì một cách an toàn trong cơ thể con người rất lâu.