Người chế tạo ống nano carbon

“Tùy gia phong kiệm”

Trước khi gặp PGS.TS Phan Ngọc Minh, tôi đinh ninh vị Phó viện trưởng một Viện Nghiên cứu lớn về Khoa học Vật liệu này phải ngoài "ngũ tuần". Những gì mà tôi hình dung đã…“chệch”: Anh mới 39 tuổi. Tốt nghiệp ĐH Tổng hợp Hà Nội, Phan Ngọc Minh tiếp tục được chuyển tiếp làm nghiên cứu sinh ở Viện Vật lý. Dưới sự hướng dẫn của GS Phan Hồng Khôi, anh đã bảo vệ thành công luận án tiến sĩ về vật liệu bán dẫn. Năm 1997, TS Minh được cử sang nghiên cứu tại ĐH Tohoku (Nhật Bản), rồi anh chuyển hướng nghiên cứu tới lĩnh vực Công nghệ vi cơ điện tử (MEMS) và ứng dụng vật liệu kích thước micro/nano. Được làm việc tại một trong những phòng thí nghiệm tiên tiến và dưới sự hướng dẫn của những giáo sư đầu ngành trong lĩnh vực công nghệ micro/nanô, anh tiếp tục bảo vệ thành công luận án tiến sĩ thứ hai của mình về công nghệ micro/nanô.

Tiếp tục hai năm làm postdoc và một năm làm trợ lý giáo sư, đang làm việc trong môi trường nghiên cứu thuộc “loại top” nhưng TS Phan Ngọc Minh vẫn quyết định trở về nước, bởi theo anh, “Cần phải có nhiều nhà khoa học được đào tạo ở nước ngoài trở về”. Nhưng vượt trên tất cả, anh nói, “Mình là người Việt”.

Nghiên cứu cấu trúc của vật chất ở kích thước nano đòi hỏi phải được trang bị công nghệ cao. Bởi ở cấu trúc đó, độ dài của vật chất chỉ được đo bằng vài hoặc vài chục nguyên tử. Chẳng hạn, những bức tường carbon có bề rộng chỉ cỡ một nguyên tử. Chính vì vậy, để “tận mục sở thị” từng nguyên tử các nhà khoa học cần phải được trang bị những kính hiển vi tối tân như SEM hay STEM. Nhưng quan trọng hơn cả, là phải làm chủ được công nghệ chế tạo vật liệu và tìm những ứng dụng phù hợp.

“Có nhiều cách tiệm cận. Có những cách cần phải có những thiết bị hiện đại, nhưng cũng có những cách với khả năng của chúng ta hoàn toàn có thể tự thiết kế xây dựng công nghệ”, TS Minh nhận định. Với những kinh nghiệm có được ở Nhật, anh  khẳng định: “công nghệ chế tạo và ứng dụng vật liệu ống nano carbon hoàn toàn có thể thực hiện được ở Việt Nam . Tùy gia phong kiệm mà”.

Vật liệu tiềm năng

“Nghiên cứu vật liệu ống nano carbon (CNTs) có nhiều triển vọng cả trong nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng. Lĩnh vực này tiềm ẩn những ứng dụng quan trọng đối với xã hội”, TS Minh cho biết. Chính vì vậy, khi mới “chân ướt chân ráo” về nước, anh cùng  GS Phan Hồng Khôi và các đồng nghiệp liền bắt tay ngay vào nghiên cứu vật liệu nano carbon. Thật may mắn, PTN trọng điểm về Vật liệu Điện tử ra đời đã trợ giúp rất nhiều thiết bị quan trọng, chẳng hạn thiết bị hiển vi quét phân giải cao FESEM…dùng để quan sát và khảo sát các tính chất của vật liệu. Ngoài ra nhóm nghiên cứu đã tự xây dựng thiết kế những thiết bị cần thiết để hình thành một quy trình thực nghiệm đồng bộ. “Phòng thí nghiệm của chúng tôi đã tiếp cận đối tượng vật liệu mới này từ việc xây dựng thiết bị thí nghiệm tổng hợp, chế tạo trên cơ sở phương pháp hóa học lắng đọng pha hơi, nghiên cứu các điều kiện công nghệ chế tạo, áp dụng và xây dựng một số phép đo đạc”, TS Phan Ngọc Minh cho biết.

Với số thành viên chưa đến 10 người bao gồm cả sinh viên và nghiên cứu sinh, nhóm nghiên cứu đã xây dựng thiết bị tạo vật liệu và nghiên cứu thành công quy trình công nghệ hoàn chỉnh, giá thành hạ thích hợp với điều kiện Việt Nam. “Một trong những nhiệm vụ của các nghiên cứu về CNTs hiện nay là tổng hợp vật liệu với số lượng lớn, độ sạch cao và giá thành thật rẻ. Chúng tôi đã phát triển phương pháp CVD và đã có kết quả tạo được những vật liệu ban đầu đáp ứng được mục tiêu trên”, TS Minh cho biết. Cùng với việc tổng hợp vật liệu, nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm các công nghệ làm sạch vật liệu CNTs nhằm nâng cao độ sạch vật liệu lên trên 95%”. Hiện tại “năng suất” tạo vật liệu CNTs trong quy mô phòng thí nghiệm đạt 100-300g/ngày với độ sạch 95% và tiến tới có thể nâng “công suất” lên gấp nhiều lần. Giá vật liệu CNTs do Viện chế tạo sẽ tương đương với sản phẩm của Trung Quốc (khoảng 0,5 USD/g) trong khi chất lượng có ưu thế vượt trội.

Đi tìm "những cái bắt tay”

“Hiện tại các nhà khoa học của Viện Khoa học Vật liệu đang tiến hành nghiên cứu ứng dụng nhiều loại vật liệu kích thước nanô, chẳng hạn vật liệu chấm lượng tử để làm chất đánh dấu sinh học, vật liệu từ kích thước nanô ứng dụng trong y sinh, vật liệu nanô cho chiếu sáng hiệu năng cao, vật liệu xúc tác kích thước nanô, chế tạo sensor đo độ ẩm, độ cồn, chế tạo các đầu dò cho các kính hiển vi quét đầu dò phân giải cao, tạo nguồn phát xạ điện tử công suất thấp…, hướng nghiên cứu về vật liệu CNTs sẽ được tập trung mạnh”, TS Minh cho biết.

Ngoài các nghiên cứu định hướng ứng dụng “xa” liên quan đến tính chất phát xạ trường, phát xạ trường-nhiệt điện tử của vật liệu CNTs, một số ứng dụng “gần” liên quan đến chế tạo vật liệu tổ hợp ống carbon nanô trong cao su chịu mài mòn cao, chế tạo các lớp mạ tổ hợp có độ cứng cao, vật liệu tổ hợp epoxy hấp thụ sóng rađa, chế tạo điện cực cho các siêu tụ điện hay chế tạo vật liệu tản nhiệt cho các linh kiện điện tử công suất lớn cũng đang được các nhà khoa học của Viện Khoa học Vật liệu tiến hành thự hiện.

“Nghiên cứu về CNTs thuộc hướng nghiên cứu công nghệ cao nhưng không phải chờ hàng chục năm nữa chúng ta mới có đủ khả năng ứng dụng trong công nghiệp. Trong điều kiện hiện nay, nhiều doanh nghiệp hoàn toàn có thể khai thác các tính chất siêu việt của loại vật liệu này hay các vật liệu nanô khác để biến thành các sản phẩm cụ thể cho thị trường” - TS Minh nói - “Công nghệ ứng dụng CNTs đơn giản nhưng hiệu quả lại nhìn thấy”.

Mặc dù vật liệu nano có tiềm năng ứng dụng lớn là vậy nhưng bài toán hóc búa đặt ra cho các nhà khoa học là làm thế nào để khai thác ứng dụng và thương mại hóa. “Hiện tại, tiềm năng ứng dụng CNTs để biến thành “củ khoai củ sắn” rất khó khăn”, TS Minh bộc bạch. Theo anh, các doanh nghiệp, và khu công nghiệp chưa có thói quen và nhu cầu bắt tay với các phòng thí nghiệm nên có nhiều nghiên cứu với khả năng ứng dụng cao vẫn…“đắp chiếu” và, những vật liệu CNTs sản xuất trong quy mô phòng thí nghiệm vẫn chỉ là tiềm năng. Anh nhận định nguyên nhân chính là các doanh nghiệp công nghệ trong nước chưa phát triển, vẫn chủ yếu là lắp ráp và làm thương mại là nhiều nên thường mua những cái có sẵn, rẻ mà chưa đầu tư vào nghiên cứu hay bắt tay với các nhà khoa học.   

“Hiện thực hóa những nghiên cứu hiện tại rất khó khăn, với luật công nghệ cao sắp sửa ban hành, hy vọng sẽ có cơ chế thông thoáng để các doanh nghiệp cùng đầu tư vốn và nhân lực của mình ngay từ đầu cùng các nhà khoa học thực hiện các nghiên cứu ứng dụng theo mô hình mà các phòng thí nghiệm ở Nhật đang làm”. TS Minh cùng các đồng nghiệp đã chủ động đi tìm doanh nghiệp: tới Hải Phòng để làm việc với Nhà máy Sơn, hay đến Hải Dương để phối hợp với Nhà máy Bơm nước sản xuất thử nghiệm các bạt tự bôi trơn có tuổi thọ gấp 2 lần khi chưa ứng dụng CNTs. Nhóm nghiên cứu của anh cũng đã tìm đến các xưởng mạ kỹ thuật cao tư nhân để thuyết phục họ phối hợp nghiên cứu ứng dụng vật liệu CNTs vào chất liệu mạ. Tất cả mới chỉ là bước đầu, nhưng rõ ràng để ứng dụng kết quả nghiên cứu vào cuộc sống cũng không phải dễ dàng.

Nguồn: T/c Tia sáng, số 10, 21/5/2008