Phương pháp mới tạo các nguồn phát sáng bằng ống nano

Các ống nano cũng sinh ra ánh sáng với một số tính chất thú vị khiến cho các nhà nghiên cứu đề xuất ra rất nhiều ứng dụng quang học khác nhau. Một trong những ứng dụng hứa hẹn nhất là sử dụng những chiếc ống nhỏ bé này làm những cột đèn hiệu huỳnh quang để nghiên cứu những hệ sinh học, một vai trò được khai phá bởi các protein huỳnh quang. Nhưng vẫn có một rắc rối chủ yếu là: các ống nano đã chứng tỏ là các loại lân tinh không hiệu quả, chúng hấp thụ một ngàn photon đối với mỗi photon mà chúng phát ra (một tỷ lệ được gọi là hiệu suất lượng tử).

Tuy nhiên, hiện nay nghiên cứu mới nhất về sự phát quang của ống nano nhận thấy rằng vẫn có khả năng tăng hiệu suất của những nguồn sáng cực nhỏ này. Công trình nghiên cứu này là nghiên cứu đầu tiên đo độ phát quang của các ống nano đơn, được đăng trên Tạp chí Physical Review Letters, đã báo cáo rằng đã phát hiện được những khác biệt đáng ngạc nhiên giữa các hiệu suất lượng tử của 15 ống nano riêng rẽ được khảo sát. Tobias Hertel, Giáo sư Vật lý ở trường Đại học Vanderbilt, là người thực hiện công trình này cùng với Nhóm nghiên cứu Đức, phát biểu, nhóm hy vọng thấy được những khác biệt riêng rẽ chỉ vài phần trăm, vì vậy Nhóm đã rất ngạc nhiên nhận thấy một số ống nano có hiệu suất cao gấp 1000 phần trăm so với những ống khác.

Các ống nano cácbon, cùng với buckyball (các phân tử cácbon có hình dạng giống như những quả bóng đá), là thành viên của gia đình fullerene. Các ống nano, còn được gọi là các ống bucky, là những hình trụ không có rãnh được làm bằng các nguyên tử cácbon và được bịt ở ít nhất một đầu bằng một bán cầu buckyball. Các ống nano cácbon được chia thành hai dạng cơ bản: đơn vách và đa vách. Loại đa vách có hai hoặc nhiều hơn các lớp vỏ đồng tâm. Những khác biệt nhỏ ở bố cục hình học của các nguyên tử cácbon tạo ra các ống nano có những tính chất điện tính khác biệt, hoặc như kim loại hoặc như chất bán dẫn. Các ống nano bán dẫn là loại sản sinh ra ánh sáng.

Một phương pháp chế tạo mới hơn sử dụng một tia lade để làm bay hơi cácbon bằng cách quét đi quét lại trên một phiến phẳng làm từ hợp chất graphit và kim loại. Phương pháp này đáng lưu ý bởi khả năng tạo ra một số lượng lớn các ống đơn vách. Hơn nữa, quy trình lắng đọng hơi bằng hóa chất đang được triển khai phù hợp với việc sản xuất ra các ống nano với số lượng thương mại. Hertel cho biết, phân tích của nhóm đã xác định những độ hụt cấu trúc là nguồn của phần lớn dòng chảy năng lượng làm giảm hiệu suất lượng tử của ống nano với vai trò là một nguồn phát sáng. Có thể nút những lỗ thủng năng lượng này lại và nâng cao hiệu suất tổng thể của chúng lên tới hệ số 5 hoặc hơn thế bằng những cải tiến trong các quy trình tổng hợp.

Các nhóm nghiên cứu khác đang tiến hành thử nghiệm việc sử dụng các ống nano để thay thế cho các protein huỳnh quang trong công trình nghiên cứu về các hệ sinh học. Ở ứng dụng này, họ đang cạnh tranh với một công nghệ nano khác có tên là chấm lượng tử, những hạt huỳnh nhỏ bé thường được làm từ catmi selenua. Theo Hertel, các ống nano có những lợi thế cố hữu so với các chấm lượng tử trong ứng dụng này. Các ống nano được nhận thấy là không độc đối với tế bào sống, không giống như được nhận thấy ở catmi ở chấm lượng tử. Chúng sản sinh ra một chùm ánh sáng hẹp và chính xác hơn, khiến cho việc phát hiện ra chúng cũng dễ dàng hơn. Cuối cùng, chúng cũng ổn định hơn và tiếp tục sản sinh ra ánh sáng lâu hơn sau khi các chấm lượng tử đã mờ đi.