Liên hiệp các hội khoa học và kỹ thuật Việt Nam
Thứ hai, 11/10/2010 17:50 (GMT+7)

Tính năng kỳ diệu ’siêu vật liệu’ graphen

Tuổi của phát minh graphene cũng quá trẻ. Vòng nguyệt quế đến với các tác giả của phát minh, Andre Geim và Konstantin Novoselov, quả là quá sớm, chỉ 6 năm. Trong lúc giải Nobel Y học đến với Robert Edwards lại quá muộn màng, chỉ sau khi thành công đã quá vang dội và mang lại hạnh phúc “có người nối dõi” cho những 4 triệu gia đình trên toàn thế giới.

Thế nhưng, cũng không phải là quá sớm nếu xét về mặt nó đã được thử thách một cách đầy đủ trong thực tế và ngày càng tỏ ra vô cùng hứa hẹn mà một trong những tác giả của nó đã ví như thành công phát minh ra polyme trước đây. Lúc đầu, polyme chưa biết có ứng dụng gì, nhưng sau đó đã mở ra cả một thời kỳ mới trong lịch sử loài người (thời đại đồ đá, thời đại đồ đồng, thời đại đồ sắt và hiện đang ở thời đại vật liệu tổng hợp).

Giờ đây, phát minh graphen quả là một “ngôi sao nhạc rock sáng chói” trong thế giới vật liệu (như cách nói của Tạp chí CEE) hoặc hình ảnh hơn, người ta đánh giá nó như Christopher Colombus tìm ra châu Mỹ.

Vậy, Graphen là gì?

Chúng ta đã biết cacbon nguyên chất trong thiên nhiên tồn tại dưới dạng than chì (graphit) và kim cương. Song trong phòng thí nghiệm, người ta đã tổng hợp thành công 2 dạng cacbon nguyên chất nữa không hề có trong Thiên nhiên là fulleren (với sự phát minh ra nó. Harold Kroto, Robert Curl và Richard Smalley đã được trao giải Nobel hóa học năm 1996) và graphen (bắt nguồn từ graphite + ene) – “nhân vật” của giải Nobel Vật lý 2010.

Graphen là những tấm phẳng, đơn lớp 2 chiều, trên đó cacbon nối với nhau thành một mạng lưới hình tổ ong (lục giác đều) bằng liên kết sp2, độ dài 0,142 nanomet. Nếu là một nhà hóa học, người ta coi graphen là một thành viên đặc biệt của hydrocacbon thơm đa vòng phẳng.

Graphen được biết đến từ khi người ta phát minh ra phương pháp Tinh thể học tia X (X-ray crystallography). Tuy nhiên, chẳng ai nhắc đến nó, mãi đến năm 2004, mới được "đổi đời" bởi chính hai nhà khoa học vật lý tài giỏi đến từ đất nước Nga và làm việc ở Trường ĐH Manchester, Anh. Họ tách được graphen dưới dạng một lớp vật liệu mỏng chưa từng có, kích cỡ một nguyên tử và xác định được tính chất “kỳ diệu” của nó.

Phát minh của họ lập tức dẫn đến một sự “bùng nổ” về nghiên cứu vật liệu mới này và có vị trí trung tâm trong thế giới khoa học. Người ta thống kê được riêng năm 2007, các nhà khoa học đa ngành đã công bố tới trên 1.000 công trình nghiên cứu liên quan đến graphen. Tháng trước, trong một Hội nghị của Hội Vật lý Mỹ có tới 374 công trình nghiên cứu mới về graphen.

Tính chất kỳ diệu dẫn đến ứng dụng đặc biệt của graphen

Graphen có nhiều tính chất chưa từng gặp ở các vật liệu khác, và các số đo tính năng của nó gây chấn động trong giới vật lý, hóa học và đặc biệt, điện tử học.

Về tính chất vật lý, graphen là chất cực kỳ cứng, hơn cả kim cương, độ bền cao hơn thép trên 200 lần,  những ở dạng đơn lớp lại dẻo như một miếng nhựa, có thể bẻ cong, gấp hoặc cuộn lại thành ống.  Nó trong suốt cho phép tối thiểu 90% ánh sáng đi qua, điện trở thấp hơn chất dẫn điện trong suốt tiêu chuẩn là indi-thiếc oxit nên mở ra một ứng dụng rộng rãi trong việc sản xuất màn hình cảm ứng chất lượng cao, pin mặt trời, thiết bị lưu trữ năng lượng, điện thoại di động và dần dần có thể thay thế silicon trong lĩnh vực sản xuất chip máy tính tốc độ cao.

Nó dẫn điện tử nhanh hơn bất cứ vật liệu nào đã biết, giống như chuyển động của một hạt không trọng lượng của thuyết tương đối (massless relativistic particle) là photon. Từ đó nó trở thành vật liệu để thực hiện trong phòng thí nghiệm nhằm kiểm tra lại những dự đóan của cơ học lượng tử tương đối tính mà trước đây người ta cho rằng chỉ có thể quan sát thấy trong các máy gia tốc hạt và lỗ đen.

Những tính năng kỳ diệu đã tạo cho graphen khả năng ứng dụng đặc biệt.

Trong lĩnh vực sản xuất các thiết bị vi điện tử, nhờ tính chất độc đáo của mình, các transistor graphen đã tạo ra những linh kiện rất đa dạng và ưu việt, đáp ứng nhu cầu của nhiều thiết bị mà nếu không phải nhà chuyên môn, người ta khó hình dung. Những mạch tích hợp (IC) dùng graphen đã thu nhỏ được kích thước đến tối đa mà vẫn bảo đảm (và nâng cao) tính năng các thiết bị vi điện tử - một hướng tiểu hình hóa (micronisation) thiết bị đang diễn ra.

Ngành Sinh học gần đây cũng “nhòm ngó” đến graphen. Người ta đang thiết kế những thiết bị điện tử trên cơ sở những linh kiện chế tạo từ graphen để phân tích ADN và bộ gen người và các động thực vật với hy vọng sẽ có năng suất cao hơn và chính xác hơn. Viện Hàn lâm khoa học Trung quốc cũng phát hiện những tấm ôxit graphen có tính sát khuẩn cao và có khả năng dùng làm dụng cụ đựng thực phẩm có tác dụng bảo quản lâu dài.

Chính những thành công trong nghiên cứu ứng dụng, người ta triển khai rất nhanh chóng các kết quả vào thực tế. Ngành công nghiệp graphen đã khai thác các phương pháp tổng hợp vật liệu này trên quy mô công nghiệp (ở đây, phương pháp hóa học có vai trò quan trọng) và giá thành sản xuất ngày càng giảm.

Ví dụ, năm 2008 graphen được coi là một trong những sản phẩm đắt nhất xưa nay, một “miếng” graphen có diện tích bằng thiết diện một sợi tóc giá 1.000 đôla (tương đương 100.000.000 đôla/cm2) thì nay một số công ty hóa chất đã sản xuất được trên quy mô công nghiệp hàng tấn, và giá thành khi phủ trên nền cacbua silic chỉ còn 100 đôla/cm2.

Chỉ riêng sự việc đó đã cho thấy  người ta “lao vào” vật liệu quý giá ấy như thế nào. Các nhà khoa học cũng tập trung  biến tính nó bằng phương pháp hóa học để thu được những tính năng cần thiết khác phục vụ cho những mục đích xác định, đa dạng của đời sống con người.

 

Xem Thêm

Thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý năng lượng - Giải pháp then chốt giảm phát thải nhà kính
Ngày 17/12, tại phường Bà Rịa, thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM), Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Sở Công Thương TP.HCM, Trung tâm Chứng nhận Chất lượng và Phát triển Doanh nghiệp và Công ty Cổ phần Tập đoàn Vira tổ chức Hội thảo khoa học “Giải pháp thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý, sử dụng năng lượng hiệu quả nhằm giảm phát thải khí nhà kính”.
Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách
Trong hai ngày 12-13/11, tại tỉnh Cao Bằng, Liên hiệp các Hội KH&KT Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PanNature) và Liên hiệp các Hội KH&KT tỉnh Cao Bằng tổ chức Chương trình chia sẻ “Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách”.
Thúc đẩy ứng dụng thực tiễn của vật liệu tiên tiến trong sản xuất năng lượng sạch
Ngày 24/10, tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Hội Khoa học Công nghệ Xúc tác và Hấp phụ Việt Nam (VNACA) tổ chức Hội thảo khoa học “Vật liệu tiên tiến ứng dụng trong sản xuất nhiên liệu tái tạo và giảm phát thải khí nhà kính”.
Dựa vào thiên nhiên để phát triển bền vững vùng núi phía Bắc
Đó là chủ đề của hội thảo "Đa dạng sinh học và giải pháp dựa vào thiên nhiên cho phát triển vùng núi phía Bắc" diễn ra trong ngày 21/10, tại Thái Nguyên do Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Vusta) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PANNATURE) phối hợp tổ chức.
Muốn công tác quy hoạch hiệu quả, công nghệ phải là cốt lõi
Phát triển đô thị là một quá trình, đô thị hoá là tất yếu khách quan, là một động lực quan trọng cho phát triển kinh tế - xã hội nhanh và bền vững. Trong kỷ nguyên vươn mình, quá trình đô thị hoá không thể tách rời quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước...
Hội thảo quốc tế về máy móc, năng lượng và số hóa lần đầu tiên được tổ chức tại Vĩnh Long
Ngày 20/9, tại Vĩnh Long đã diễn ra Hội thảo quốc tế về Máy móc, năng lượng và số hóa hướng đến phát triển bền vững (IMEDS 2025). Sự kiện do Hội Nghiên cứu Biên tập Công trình Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VASE) - hội thành viên của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long (VLUTE) tổ chức.
Ứng dụng công nghệ số toàn diện là nhiệm vụ trọng tâm của VUSTA giai đoạn tới
Ứng dụng công nghệ số toàn diện, xây dựng hệ sinh thái số là bước đi cấp thiết nhằm nâng cao hiệu quả quản trị và phát huy sức mạnh đội ngũ trí thức của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA). Qua đó cho thấy, VUSTA không chỉ bắt kịp xu thế công nghệ mà còn chủ động kiến tạo những giá trị mới, khẳng định vai trò tiên phong của đội ngũ trí thức trong thời đại số.

Tin mới

Thủ tướng Lê Minh Hưng lên đường tham dự Hội nghị cấp cao ASEAN lần thứ 48 tại Philippines
Nhận lời mời của Tổng thống nước Cộng hòa Philippines Ferdinand Romualdez Marcos Jr, Chủ tịch ASEAN năm 2026, ngày 7/5, Thủ tướng Chính phủ nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Lê Minh Hưng dẫn đầu Đoàn đại biểu cấp cao Việt Nam lên đường tham dự Hội nghị cấp cao ASEAN lần thứ 48 tại Cebu, Philippines từ ngày 7 đến 8/5/2026.
Hội Vô tuyến - Điện tử Việt Nam: Điểm tựa khoa học công nghệ gắn với chuyển đổi số quốc gia
Hội Vô tuyến - Điện tử Việt Nam với gần 40 năm phát triển đang thể hiện rõ vai trò tổ tổ chức xã hội - nghề nghiệp uy tín trong lĩnh vực vô tuyến, điện tử, viễn thông, công nghệ thông tin đồng thời đóng góp thực chất vào tiến trình chuyển đổi số quốc gia theo tinh thần Nghị quyết 57-NQ/TW của Bộ Chính trị.
Đầu tư khoa học công nghệ giải quyết điểm nghẽn của ngành Thủy sản Việt Nam
Phát biểu tại Hội nghị khoa học công nghệ thủy sản và kiểm ngư toàn quốc năm 2026, Thứ trưởng Bộ Nông nghiệp và Môi trường Phùng Đức Tiến đã nhấn mạnh sự cần thiết của đổi mới sáng tạo khoa học công nghệ trong giải quyết điểm nghẽn về logistics, môi trường, nâng cao sức cạnh tranh của ngành Thủy sản trong nước.
Chủ tịch VUSTA Phan Xuân Dũng nhận danh hiệu Giáo sư danh dự Đại học Năng lượng Moskva, Liên bang Nga
Sáng 30/4/2026, tại Trường Đại học Năng lượng Moskva, Liên bang Nga (MPEI), TSKH. Phan Xuân Dũng, Chủ tịch VUSTA đã vinh dự đón nhận danh hiệu Giáo sư danh dự của MPEI. Chủ tịch VUSTA Phan Xuân Dũng là công dân đầu tiên của Việt Nam được trao tặng danh hiệu Giáo sư tại MPEI, đứng trong bảng danh dự cùng với các nhà khoa học nổi tiếng trên thế giới.
51 năm thống nhất đất nước: Khơi thông nguồn lực tri thức trong kỷ nguyên mới
Thông tấn xã Việt Nam giới thiệu bài phỏng vấn với Phó Giáo sư, Tiến sĩ Phạm Ngọc Linh, Phó Chủ tịch Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) về vai trò của lực lượng trí thức và những giải pháp đột phá để hiện thực hóa khát vọng hùng cường vào năm 2030 và 2045.