Đã tìm ra cách sản xuất siêu vật liệu graphene với giá rẻ hơn 100 lần

2.098

Điều duy nhất khiến graphene chưa tạo ra một cuộc cách mạng toàn diện là giá thành đắt đỏ.

Tìm ra cách sản xuất graphene giá rẻ

Chúng ta đều đã biết, graphene được mệnh danh là siêu vật liệu của tương lai. Chỉ gồm 1 lớp nguyên tử, cứng hơn 200 lần so với thép, nhẹ và linh hoạt, khả năng dẫn điện và tải nhiệt tuyệt vời, điều duy nhất khiến graphene chưa được ứng dụng rộng rãi để tạo một cuộc cách mạng toàn diện đó là giá thành đắt đỏ từ chi phí sản xuất.

Tuy nhiên, ngày mà graphene xuất hiện ở khắp mọi nơi có vẻ đang đến rất gần. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Glasgow, Scotland đã tìm ra cách để sản xuất những tấm graphene chất lượng cao với giá thành rẻ hơn đến 100 lần so với phương pháp truyền thống.

Điều duy nhất khiến graphene chưa tạo ra một cuộc cách mạng toàn diện đó là giá thành đắt đỏ.

Ngày nay, graphene được sản xuất phổ biến thông qua phương pháp lắng đọng pha hơi hóa học (Chemical Vapour Deposition – CVD). Các tiền chất hóa học sẽ được hóa hơi ở nhiệt độ cao, sau đó lắng đọng và phản ứng trên bề mặt một vật liệu đế để tạo ra lớp màng mỏng graphene.

Để đạt được một màng graphene chất lượng cao bằng phương pháp này, vật liệu đế sử dụng phải đạt độ mịn lớn. Đó là lí do tại sao chỉ có các vật liệu đắt đỏ được chọn như platin, niken hoặc titan được xử lí với độ tinh khiết cao. Chi phí sản xuất dĩ nhiên trở nên đắt đỏ khiến tiềm năng ứng dụng rộng rãi của graphene bị hạn chế.

Mặc dù đầu năm nay, một nhóm các nhà khoa học Ba Lan đã bắt đầu sử dụng đồng để làm đế cho graphene. Tuy nhiên, đế đồng mà họ sử dụng vẫn phải được xử lí để đạt chất lượng cao nên giá thành về cơ bản không hề giảm.

Thay vào đó, mặc dù cũng đi theo hướng tiếp cận việc sử dụng đế đồng, các nhà khoa học tại Đại học Glasgow lại lựa chọn những lá đồng phổ thông đã và đang được sản xuất quy mô lớn để tạo ra pin lithium-ion mà chúng ta sử dụng hàng ngày.

Mặc dù không qua bất kỳ một quy trình xử lý nào trong phòng thí nghiệm, những lá đồng này cũng đạt được độ mịn cho phép chế tạo một lớp đơn nguyên tử graphene. Thậm chí, ấn tượng hơn nữa, quá trình thử nghiệm cho thấy những màng graphene với đế đồng “rẻ tiền” còn thể hiện các tính chất quang điện tốt hơn khi sử dụng đế từ vật liệu đắt đỏ.

Hình ảnh vật liệu graphene được chế tạo trên đế đồng.

“Những đế đồng thương mại này được bán lẻ với giá chỉ 1 USD mỗi mét vuông. Trong khi đó, một đế đồng được sử dụng để sản xuất graphene hiện tại có giá 115 USD cho diện tích tương tự”, Ravinda Dahiya, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết. “Đế đồng trở nên đắt đỏ chủ yếu là do quá trình xử lý và làm sạch rất phức tạp”.

“Quá trình sản xuất của chúng tôi có thể tạo ra vật liệu graphene với chi phí thấp mà vẫn đạt chất lượng cao. Nó là một bước tiến gần hơn đến việc tạo ra các thiết bị điện tử graphene với giá cả phải chăng. Phạm vi ứng dụng sẽ cực kì rộng lớn. Graphene là vật liệu không thể thiếu từ quy mô một thành phố thông minh của tương lai cho đến các thiết bị chăm sóc sức khỏe di động”, ông nói thêm.

Những ứng dụng đầu tiên có thể kể đến khi những tấm graphene này được thương mại hóa đó là chế tạo bộ lọc công nghệ cao và thiết bị y tế. Về phần nhóm nghiên cứu, Dahiya nói: “Chúng tôi chú trọng và đặc biệt quan tâm đến lĩnh vực da nhân tạo tổng hợp. Graphene có thể cung cấp một bề mặt dẫn điện linh hoạt giúp người sử dụng chân tay giả cũng có thể sử dụng xúc giác. Phát hiện mới về đế đồng rất có ý nghĩa, chúng tôi sẽ tiếp tục nghiên cứu sâu hơn nữa”.