Khám phá ra kỹ thuật đơn giản chế tạo vật liệu dạng tinh thể

Được công bố trên Tạp chí Langmuir của Hiệp hội Hóa học Mỹ, các nhà khoa học thuộc trường Đại học Rutgers đã báo cáo một phương pháp tập hợp hàng ngàn các hạt cực nhỏ của từng tinh thể để lắp ghép thành các lớp được nén chặt. Dãy các hạt được sắp xếp có trật tự được tạo rabắt chước hoạt động của các miếng wafer tinh thể được sản xuất theo truyền thống, mà không mất thời gian và chi phí vào việc phát triển các tinh thể ở trong hỗn hợp hoặc dung dịch nấu chảy, sau đó cán chúng thành những lớp mỏng. Richard Riman, Giáo sư về lĩnh vực kỹthuậtvật liệu và gốm, cho biết, vật liệu mà Nhóm nghiên cứu vừa tạo ratrong phòng thí nghiệm là cầu nối giữa vật liệu tinh thể đơncó các cấu trúc nguyên tử theo trật tự chính xác của chúng, với gốm là vật liệu có các cấu trúc theo các hướng ngẫu nhiên. Các vật liệu dạng tinh thể đơncó những đặc tính gần giống với những đặc tính của vật liệu tinh thể đơnthực sự, nhưng vì chúng được nhóm nghiên cứu chế tạo bằng kỹthuậthọc tập theo kinh nghiệm sản xuất gốm, nên có tiềm năng để tạo rachúng một cách kinh tế và với số lượng và kích cỡ lớn.

Nhóm nghiên cứu đã tiến hành công trình nghiên cứu của họ với chì zirconate titanate hay còn gọi PZT, vốn được sửdụng trong các thiết bị cảm biến chuyển động, các tụ điện, trong các dao động tắt dần ở các ván trượt tuyết và vợt tennis. PZT đã chứng tỏ hầu như không thể chế tạo được dưới dạng tinh thểđơn, điều này làm hạn chế các ứng dụng thực tiễn đối với dạng đa tinh thể của vật liệu, đó là một hỗn hợp rắn các hạt tinh thể nhỏ. Thậm chí, nhữngkỹthuậttrong phòng thí nghiệm phức tạp nhất sản xuất racác tinh thểkhông lớn hơn một phần tư inch. Vật liệu này sẽ có thể có một số ứng dụng mới trong lĩnh vực cảm biến, chụp chiếu và tích trữ năng lượng nếu nó được chế tạo dưới nhiều hình dạng và kích thước khácnhau với các tinh thể có cấu trúc nguyên tử theo trật tự cao.

Nhóm nghiên cứu của Đại học Rutgers đã tạo racác hạt PZT bằng phươngpháp xử lý hóa chất, hình thành nên các hình khối với hình dạng và kích thước đồng đều, từ 2-3 micron một cạnh (nhỏ hơn 50 lần một hạt muối ăn). Sau đó,Nhóm nghiên cứu chế tạo ramột chất vữa các khối PZT trong hỗn hợp dầu khoáng và rượu. Tiếp theo, họ nhỏ các giọt của chất lỏng này lên một bề mặt nước. Córất nhiều lực, trong đó có cả ứng xuất bề mặt của nước, khiến cho các khối này tự ghép thành một lớp đơnbị nén chặt. Sau đó, các nhà khoa học đặt dãy hìnhkhối này lên trên một ống thủy tinh hoặc một mặt nghiêng cực nhỏ, dẫn tới việc hình thành một lớp PTZ dạng tinh thể mỏng.

Sử dụng kỹthuậtphức tạp có tên là kính hiển vi lực nguyên tử, các nhà khoa học đo đượccác đặc tính áp điện hay khả năng sinh rađiện do các dao động gây raở dãy PZT. Họ nhận thấy nó có các đặc tính cóthể sánh được với các đặc tính ở cấu trúc tinh thể đơnthực sự. Mặc dù còn cần có thêm nghiên cứu để làm cho quy trình chế tạo này thiết thực hơn đối vớiviệc sản xuất quy mô lớn, nhưng các nhà nghiên cứu gợi ý rằng có thể chế tạo ranhững vật liệu này với các đặc tính và hình dạng duy nhất.

Nguồnwww.vista.gov.vn28/7/2005