Graphene ready for commercialisation
David Manners
Thursday 29 March 2012 01:00 < phia duoi >
Nobel vật lý cho graphene
Paul Rincon
Phóng viên khoa học, BBC News
Gs Andre Geim đại học Manchester
Hai nhà khoa học chia nhau giải Nobel vật lý năm nay cho công trình nghiên cứu vật liệu với đặc tính tuyệt vời, mang tính "đột phá".
Andre Geim và Konstantin Novoselov cùng làm việc tại đại học Manchester của Anh, nhận giải thưởng cho các nghiên cứu trên chất graphene.
Đó là chuỗi nguyên tử carbon nối tiếp nhau, bề dày chỉ là duy nhất một nguyên tử, cho nên hoàn toàn trong suốt, nhưng vô cùng cứng và tích điện rất tốt.
Tính chất đặc biệt đó mở đường cho một loạt ứng dựng thực tế.
Hai nhà khoa học cùng một vài đồng nghiệm khác đầu tiên tách lớp carbon từ chất graphite vẫn thường dùng làm ruột bút chì.
Khám phá này giúp chế tạo các thiết bị điện tử mới, bao gồm các thế hệ máy tính nhanh hơn, theo Quĩ trao giải Nobel.
"Tôi thanh thản, tôi ngủ ngon, tôi chưa hề mơ tưởng tới giải Nobel trong năm nay," theo lời GS Geim.
Ông nói chuyện qua điện thoại với các phóng viên đang dự cuộc họp báo được tổ chức ở Stockholm, Thụy Điển.
GS Geim nói kế hoạch trong ngày của ông cũng không có gì thay đổi - ông nói sẽ vẫn đi làm như thường ngày và tiếp tục viết báo cáo nghiên cứu.
"Theo tôi, có một vài loại người thắng giải Nobel. Có những người sau khi nhận giải thì suốt quãng đời sau đó không còn làm gì nữa, và không cống hiến gì cho cộng đồng nữa cả," ông nói.
"Có một loại người khác nghĩ rằng những người khác cho rằng họ thắng giải Nobel vì may mắn, cho nên họ làm việc nhiều hơn trước đó."
Ông nói bản thân không thuộc nhóm nào vừa kể và vẫn "tiếp tục bận rộn như trước".
Giữa các lớp
GS Geim năm nay 51 tuổi, là công dân Hòa Lan, còn TS Novoselov năm nay 36, mang quốc tịch Anh và Nga.
Cả hai ông đều là gốc từ Nga và bắt đầu nghiên cứu vật lý ở đó.
Graphene có tính chất đặc biệt mở ra nhiều ứng dụng mới
Giải Nobel trị giá 10 triệu tiền Thụy Điển, tức khoảng 1 triệu euro hoặc 1,5 triệu đô la Mỹ.
Họ nghiên cứu cùng nhau ở Hòa Lan trước khi chuyển sang Anh.
Vào thời điểm công bố công trình nghiên cứu trên chất graphene hồi tháng Mười năm 2004 thì hai nhà khoa học đã làm việc ở đại học Manchester.
TS Novoselov thuộc nhóm những người đoạt giải trẻ nhất, vì giải Nobel vốn thường được trao tặng cho các nhà khoa học với hàng chục năm kinh nghiệm.
Graphene là một dạng của than, tức là carbon, được hình thành nhờ xếp các nguyên từ cạc-bon sát vào nhau trên mặt phẳng như kết cấu tổ ong.
Vì cấu trúc này quá mỏng cho nên trên thực tế là trong suốt.
Khi làm thành tụ điện thì chất liệu này có tính chất giống như đồng, còn khi dùng để truyền nhiệt thì hơn hẳn bất kỳ vật liệu nào cho đến nay.
Các tính chất cơ học, hóa học và điện tử bất thường này của graphene ở mức phân tử cho phép chế tạo thiết bị bán dẫn siêu nhanh cho điện tử.
Một số nhà khoa học dự đoán graphene một ngày kia sẽ thay thế silicon, hiện là chất liệu chính được dùng để sản xuất bóng bán dẫn - transistor.
Người ta cũng có thể dùng chất liệu đặc biệt cứng và cũng rất uyển chuyển và ổn định này để ứng dụng cho màn hình cảm ứng trong suốt hay là pin mặt trời.
Hai khoa học gia Geim và Novoselov đầu tiên tách các lớp graphene từ chất graphite thường dùng để làm bút chì.
Một lớp graphite dày 1mm được tạo thành từ 3 triệu lớp graphene chồng lên nhau.
Các lớp đó kết gắn với nhau khá yếu cho nên dễ bóc và phân tách.
Họ dùng những mảnh băng keo thông thường để tách từng mảng như vậy từ miếng graphite.
Graphene được bóc tách từ graphite bằng các loại băng dính thông thường
Sau đó họ kết các miếng đó vào một bề mặt silicon và dùng kính hiển vi để định dạng các lớp graphene mỏng nằm giữa các kết cấu graphite và vụn carbon khác.
Ếch bay
GS Martin Rees là chủ tịch Hiệp hội khoa học hoàng gia Anh bình luận: "Khó có thêm ví dụ nào khác về giá trị của các cá nhân đã tạo ra các công trình nghiên cứu 'mở rộng' mà hệ quả không thể nào dự đoán được."
Được liên tưởng tới các đe dọa cắt bớt tài trợ cho khoa học Anh, ông nói thêm: "Chắc chắn chính phủ có thể học được các bài học quan trọng từ quyết định của hội đồng Nobel."
"Anh quốc phải duy trì khoa học ở mức cạnh tranh trong một thế giới mà nhân tài dịch chuyển và các nước khác đang phát triển nhanh."
Hôm thứ Hai, quĩ Nobel thông báo nhà khoa học Anh Robert Edwards, người tạo ra phác đồ thụ tinh nhân tạo, được trao giải Nobel y khoa năm nay.
GS Peter Main, giám đốc phụ trách giáo dục và khoa học ở Viện vật lý, nói "chúng tôi rất sung sướng thấy có hai nhà khoa học làm việc ở Anh nhận giải thưởng".
"Sau chiến thắng hôm qua của GS Edwards, không còn chỉ dấu nào rõ ràng hơn về chuyện Anh quốc đã ghi ấn quốc tế trong thế giới khoa học đang cạnh tranh gay gắt."
Mười năm trước, GS Geim và GS Sir Michael Berry từ Đại học Bristol cùng được trao giải Nobel hài hước cho thí nghiệm của họ dùng điện từ trường để làm các con ếch sống có thể bay được.
Graphene ready for commercialisation
David Manners
Thursday 29 March 2012 01:00
Graphene is ready for commercialisation, according to a series of presentations yesterday at the Centre for Graphene Science set up by the Universities of Bath and Exeter (UK).
Graphene may not be the wonder material which solves all the world’s problems but it has some compelling applications. It even has some claims to be a wonder material.
"As an electrical conductor at room temperature it is at least a factor of 10 better than silicon," said Professor Simon Bending of Bath University, "its thermal conductivity is 100 times more than copper; its optical properties are pretty wacky too – a single atomic graphene layer absorbs a remarkable 2.3% of incident light over a broad range of wavelengths; and it is the strongest material ever tested – 40 times stronger than steel and even stronger than diamond – it can be stretched 25% and still stays intact."
What’s more, according to Saverio Russo of Exeter University, GrapheXeter can be transparent – becoming more transparent the longer the wavelength of the light. It is also flexible, said Russo, and could be used to help with the scaling of resistive memory – providing memories that are dense, fast, flexible, transparent, bio-compatible, and robust with no end-of-life problems.
"Graphene is the only two-dimensional conducting membrane in nature," said David Horsell from Exeter University, "it is optically transparent, strong, flexible, stretchable and impermeable." No gas, not even helium, seeps through graphene.
Horsell is looking at sensors as being a rich area for graphene applications. Putting molecules of material on a graphene surface and measuring the effect demonstrates the extreme sensitivity of a graphene surface to other materials. "It can detect mechanically as well as thermally," said Horsell, "we can use that to make a sensor."
It can also be used in rapid DNA sequencing.
Steve Andrews of the University of Bath is working on photonics applications of graphene. "It’s very absorbing, its mobility is high, and its scattering time is low," said Andrews, allowing the possibility of making metamaterials where you can tailor the optical properties.
Shaowa Zhang of the University of Exeter, is looking at graphene composites. Polymer-graphene, metal-graphene and ceramic-graphene. "its thermal conductivity, its light weight, its strength and its 2-D shape make graphene an ideal reinforcement to make stronger and tougher composites," said Zhang.
Zhang proposed graphene-oxide e.g ZnO, SnO2, Co3O4, MnO2, or graphene-polymer, or graphene-CNT for supercapacitors, and Li-Ion batteries; graphene-TiO2 for solar cells and photocatalysts; and graphene-oxide for fuel cells.
Zhang reckoned graphene composites could be used for body/vehicle armour and in lightweight composites for aerospace and automotive applications – possibly replacing carbon fibres.
Alain Nogaret of the University of Bath has used graphene-polymer composites to make plastic oscillators which oscillate spontaneously when biased. "The composite codes mechanical strain into oscillation frequency – like mechanoreceptor neurons in the skin," said Nogaret.
Nogaret thought applications for the work could be found in making sensitive skin for robots, for medical implants and catheters, and for skin drag reduction for aircraft.
Don Pantos of the University of Bath described the "unexpected structures" being formed by graphene’s properties of molecular self-assembly. "We’re trying to modify the surface of graphene," he said, "we think we can understand donor-acceptor interaction."
The Centre for Graphene Science has now got 44 researchers plus the same number again in post-docs and PhD students.
Now, says Prof Bending, is the moment for "strong engagement with the end-users of research."
Graphene: Vật liệu mới có thể làm biến đổi thế giới
Siêu vật liệu Graphene. Ảnh mô phỏng. (Nguồn: Internet)
Các nhà khoa học và công nghệ Mỹ đã phát hiện ứng dụng không có giới hạn của loại vật liệu mới graphene - một vật liệu công nghệ cao cứng hơn thép và nhẹ hơn cả lông chim - trong các lĩnh vực của cuộc sống con người và dự báo vật liệu mới này sẽ tác động rất lớn đến nền kinh tế Mỹ, thậm chí có thể làm thay đổi cả thế giới.
Graphene được tạo thành từ một nguyên tử carbon được 2 nhà khoa học người Nga Andre Geim và Konstantin Novoselov khám phá 7 năm trước và đã đem lại cho 2 nhà khoa học này Giải thưởng Nobel Vật lý năm 2010.
Các nhà khoa học và công nghệ Mỹ dự báo graphene sẽ tạo ra cuộc cách mạng trong thông tin vô tuyến, đặc biệt con người có thể phóng vệ tinh với kích thước bằng tòa nhà nhiều tầng nhưng trọng lượng chưa bằng trọng lượng của miếng thịt nướng.
Người ta có thể tải về điện thoại thông minh một băng hình có độ phân giải cao chỉ trong thời gian tính bằng nano giây. Hãng sản xuất điện thoại thông minh sớm khai thác tính năng ưu việt của grephene sẽ chiến thắng trong cuộc cạnh tranh khốc liệt trên thị trường điện thoại thông minh thế giới.
Trong y tế, nhờ grephene, các bác sĩ có thể sử dụng các loại dược phẩm mới với liều lượng cao để tiêu diệt tế bào ung thư nhưng không gây hại những tế bào lành. Graphene có thể sử dụng chế tạo máu nhân tạo, giúp con người tránh được nguy cơ bị truyền máu nhiễm virus hoặc không phải mất nhiều thời gian tìm kiếm các loại máu hiếm. Graphene có thể được sử dụng làm thuốc chữa bách bệnh cho người già.
Nhờ nghiên cứu mới của các nhà khoa học Đại học Wayne State thuộc bang Michigan (Mỹ), các bác sĩ có thể điều trị hiệu quả bệnh Alzheimer bằng việc cấy các điện cực graphene vào não người bệnh. Các điện cực graphene có tuổi thọ tới 5 năm thay thế các điện cực chỉ có tuổi thọ tính bằng tháng như hiện nay, góp phần cải thiện cuộc sống của nhiều triệu người bệnh trên thế giới. Các điện cực graphene cũng có thể được sử dụng điều trị hiệu quả những tổn thương cột sống và khiếm thị.
Chỉ mới 3 tuần trước đây, các nhà khoa học Mỹ đã khám phá khả năng sử dụng graphene để kích thích sự phát triển của các mô trong cơ thể người. Ứng dụng này của graphene mở ra cơ hội chữa khỏi các khuyết tật bẩm sinh về tim, căn bệnh đã được nghiên cứu điều trị thử nghiệm hơn 100 năm qua nhưng chưa thành công.
Trong lĩnh vực máy tính, nghiên cứu của các nhà khoa học Viện Rensselaer ở bang New York đã loại bỏ được trở ngại lớn trong lĩnh vực vi điện tử. Họ đã biến một tấm graphene siêu mỏng thành các bóng bán dẫn siêu nhỏ, mở ra cơ hội chế tạo máy vi tính siêu nhỏ cũng như những vi mạch cứng siêu nhỏ trong tương lai.
Các nhà khoa học trên dự báo vào cuối thập kỷ này, thế giới có thể có máy tính kích thước đặt trong lòng bàn tay nhưng có sức mạnh tính toán bằng 10.000 máy tính hiện nay. Graphene cũng tạo ra cuộc cách mạng trong lĩnh vực chế tạo màn hình siêu mỏng và siêu lớn. Người ta có thể mang tivi này trong túi đến bất cứ đâu và treo lên tường để thưởng thức các chương trình truyền hình.
Trong quân sự, các nhà khoa học Đại học Texas ở thành phố Dallas đã sử dụng graphene để làm biến mất các vật thể khỏi tầm mắt của con người. Những tấm áo choàng vô hình này sẽ làm tàng hình các phương tiện quân sự như xe tăng, pháo… thậm chí cả con người trước mắt đối phương.
Tóm lại, giới khoa học nhận định graphene sẽ góp phần định hình mọi lĩnh vực đời sống hàng ngày của con người vào cuối thập kỷ này./.
Graphene được tạo thành từ một nguyên tử carbon được 2 nhà khoa học người Nga Andre Geim và Konstantin Novoselov khám phá 7 năm trước và đã đem lại cho 2 nhà khoa học này Giải thưởng Nobel Vật lý năm 2010.
Các nhà khoa học và công nghệ Mỹ dự báo graphene sẽ tạo ra cuộc cách mạng trong thông tin vô tuyến, đặc biệt con người có thể phóng vệ tinh với kích thước bằng tòa nhà nhiều tầng nhưng trọng lượng chưa bằng trọng lượng của miếng thịt nướng.
Người ta có thể tải về điện thoại thông minh một băng hình có độ phân giải cao chỉ trong thời gian tính bằng nano giây. Hãng sản xuất điện thoại thông minh sớm khai thác tính năng ưu việt của grephene sẽ chiến thắng trong cuộc cạnh tranh khốc liệt trên thị trường điện thoại thông minh thế giới.
Trong y tế, nhờ grephene, các bác sĩ có thể sử dụng các loại dược phẩm mới với liều lượng cao để tiêu diệt tế bào ung thư nhưng không gây hại những tế bào lành. Graphene có thể sử dụng chế tạo máu nhân tạo, giúp con người tránh được nguy cơ bị truyền máu nhiễm virus hoặc không phải mất nhiều thời gian tìm kiếm các loại máu hiếm. Graphene có thể được sử dụng làm thuốc chữa bách bệnh cho người già.
Nhờ nghiên cứu mới của các nhà khoa học Đại học Wayne State thuộc bang Michigan (Mỹ), các bác sĩ có thể điều trị hiệu quả bệnh Alzheimer bằng việc cấy các điện cực graphene vào não người bệnh. Các điện cực graphene có tuổi thọ tới 5 năm thay thế các điện cực chỉ có tuổi thọ tính bằng tháng như hiện nay, góp phần cải thiện cuộc sống của nhiều triệu người bệnh trên thế giới. Các điện cực graphene cũng có thể được sử dụng điều trị hiệu quả những tổn thương cột sống và khiếm thị.
Chỉ mới 3 tuần trước đây, các nhà khoa học Mỹ đã khám phá khả năng sử dụng graphene để kích thích sự phát triển của các mô trong cơ thể người. Ứng dụng này của graphene mở ra cơ hội chữa khỏi các khuyết tật bẩm sinh về tim, căn bệnh đã được nghiên cứu điều trị thử nghiệm hơn 100 năm qua nhưng chưa thành công.
Trong lĩnh vực máy tính, nghiên cứu của các nhà khoa học Viện Rensselaer ở bang New York đã loại bỏ được trở ngại lớn trong lĩnh vực vi điện tử. Họ đã biến một tấm graphene siêu mỏng thành các bóng bán dẫn siêu nhỏ, mở ra cơ hội chế tạo máy vi tính siêu nhỏ cũng như những vi mạch cứng siêu nhỏ trong tương lai.
Các nhà khoa học trên dự báo vào cuối thập kỷ này, thế giới có thể có máy tính kích thước đặt trong lòng bàn tay nhưng có sức mạnh tính toán bằng 10.000 máy tính hiện nay. Graphene cũng tạo ra cuộc cách mạng trong lĩnh vực chế tạo màn hình siêu mỏng và siêu lớn. Người ta có thể mang tivi này trong túi đến bất cứ đâu và treo lên tường để thưởng thức các chương trình truyền hình.
Trong quân sự, các nhà khoa học Đại học Texas ở thành phố Dallas đã sử dụng graphene để làm biến mất các vật thể khỏi tầm mắt của con người. Những tấm áo choàng vô hình này sẽ làm tàng hình các phương tiện quân sự như xe tăng, pháo… thậm chí cả con người trước mắt đối phương.
Tóm lại, giới khoa học nhận định graphene sẽ góp phần định hình mọi lĩnh vực đời sống hàng ngày của con người vào cuối thập kỷ này./.
(TTXVN/Vietnam+)
Tạo ra công nghệ sản xuất hàng loạt vật liệu Graphene
29/03/2012 | 09:22:00
Nhóm nghiên cứu khoa học do Giáo sư Đại học Khoa học và công nghệ Ulsan Baik Jong-beom đứng đầu đã phát triển công nghệ sản xuất hàng loạt graphene, vật liệu ứng dụng hiệu quả trong ngành điện tử.
Graphene là một loại vật liệu mới được cấu tạo từ một lớp nguyên tử carbon liên kết với nhau theo hình tổ ong.
Nó thường được lấy từ bề mặt chì có độ dẫn điện gấp 100 lần so với đồng, có độ dẻo dai gấp 200 lần so với thép và rất mềm dẻo. Vì thế graphene được chú ý là vật liệu có thể sử dụng để tạo ra các máy tính dạng đồng hồ đeo tay hay các màn hình mỏng như tờ giấy.
Các nhà nghiên cứu gặp khó khăn trong việc thương mại hóa graphene do vật liệu này mới chỉ được lấy một lượng rất ít bằng việc sử dụng chất axít mạnh. Tuy nhiên, nhóm cộng sự của Giáo sư Baik lần đầu tiên đã khám phá graphen lớp mỏng dễ dàng được phân loại khi xay với tốc độ cao cùng với chì và CO2 rắn.
Nhóm nghiên cứu dự đoán sẽ giảm thiểu ô nhiễm môi trường và sản xuất hàng loạt graphene do có thể lấy nước làm dung môi thay vì chất độc hại như axít surfuric và axít nitric. Kết quả nghiên cứu được đăng trên Tạp chí Viện hàn lâm khoa học quốc gia Mỹ./.
Ảnh mô phỏng. (Nguồn: Internet)
Nhóm nghiên cứu khoa học do Giáo sư Đại học Khoa học và công nghệ Ulsan Baik Jong-beom đứng đầu đã phát triển công nghệ sản xuất hàng loạt graphene, vật liệu ứng dụng hiệu quả trong ngành điện tử.
Graphene là một loại vật liệu mới được cấu tạo từ một lớp nguyên tử carbon liên kết với nhau theo hình tổ ong.
Nó thường được lấy từ bề mặt chì có độ dẫn điện gấp 100 lần so với đồng, có độ dẻo dai gấp 200 lần so với thép và rất mềm dẻo. Vì thế graphene được chú ý là vật liệu có thể sử dụng để tạo ra các máy tính dạng đồng hồ đeo tay hay các màn hình mỏng như tờ giấy.
Các nhà nghiên cứu gặp khó khăn trong việc thương mại hóa graphene do vật liệu này mới chỉ được lấy một lượng rất ít bằng việc sử dụng chất axít mạnh. Tuy nhiên, nhóm cộng sự của Giáo sư Baik lần đầu tiên đã khám phá graphen lớp mỏng dễ dàng được phân loại khi xay với tốc độ cao cùng với chì và CO2 rắn.
Nhóm nghiên cứu dự đoán sẽ giảm thiểu ô nhiễm môi trường và sản xuất hàng loạt graphene do có thể lấy nước làm dung môi thay vì chất độc hại như axít surfuric và axít nitric. Kết quả nghiên cứu được đăng trên Tạp chí Viện hàn lâm khoa học quốc gia Mỹ./.
Huy Bình (Vietnam+)
