Không Phải Graphene, Borophene Mới Là Vật Liệu Kỳ Diệu Của Tương Lai

07 Tháng Năm 20191:00 SA(Xem: 3418)
Không Phải Graphene, Borophene Mới Là Vật Liệu Kỳ Diệu Của Tương Lai
Không Phải Graphene, Borophene Mới Là Vật Liệu Kỳ Diệu Của Tương Lai
Trước đây không lâu, graphene được giới khoa học toàn thế giới vinh danh là vật liệu kỳ diệu của tương lai. Nó là một tấm carbon cực bền chắc, độ dày tính bằng đường kính nguyên tử, có thể được “biến hóa” thành những hình dạng khác nhau. Nhờ khả năng dẫn điện của nó, các nhà khoa học vật chất tin rằng kỷ nguyên của bộ vi xử lý máy tính làm từ graphene đã gần kề. Liên minh EU chi đến 1 tỷ Euro để kích cầu ngành công nghiệp graphene phát triển.

Nhưng giấc mơ chưa thành sự thực, graphene chưa xuất hiện khắp nơi, nhưng nó cũng đã mở đường cho ngành khoa học vật chất tìm ra được những thứ mới. Một trong những ứng cử viên sáng giá nhất là borophene: một lớp nguyên tử bo mỏng có thể được xếp thành nhiều cấu trúc tinh thể khác nhau.

Khả năng ứng dụng vào nhiều ngành, sử dụng vào nhiều mục đích của borophene chính là thứ khiến nó đặc biệt. Các nhà điện hóa học cho rằng borophene có thể được dùng trong sản xuất anode cho pin lithium-ion thế hệ mới; khả năng xúc tác của borophene làm giới khoa học vô cùng thích thú. Các nhà vật lý học đang thử nghiệm khả năng của nó trong việc phát hiện nhiều loại nguyên tử và phân tử. Mới chỉ trong tháng 04/2019, nhà khoa học Zhi-Quiang Wang và một số cộng sự công tác tại Đại học Xiamen cùng ngồi lại, phân tích kỹ những tính chất của borophene và những ứng dụng có thể có.

Lịch sử phát triển của borophene không dài. Từ thập niên 90, các nhà vật lý đã lần đầu tiên dự đoán được sự tồn tại của chúng, thông qua một chương trình giả lập cách nguyên tử bo hợp lại thành một lớp bo mỏng. Đến năm 2015, ta đã tổng hợp được borophene, bằng cách phả khí gas nóng đậm đặc các phân tử bo vào một bề mặt lạnh làm từ thép nguyên chất.

Cách sắp xếp các nguyên tử sắt đã ép nguyên tử bo vào một khuôn mẫu tương tự, cứ 6 nguyên tử bo lại ghép lại với nhau thành một hình lục giác. Tuy nhiên, một phần lớn các nguyên tử bo lại chỉ kết hợp với 4 hoặc 5 nguyên tử bo khác, tạo nên lỗ hổng trong cấu trúc lục giác. Khoảng trống khiến tinh thể borophene đặc biệt.

Vì borophene là sản phẩm nhân tạo, nên các nhà khoa học tìm nhiều cách để cho nó thêm những đặc tính riêng. Sau thử nghiệm, hóa ra borophene còn rắn chắc và linh hoạt hơn cả graphene. Nó truyền dẫn cả điện và nhiệt đều rất tốt, lại còn có đặc tính siêu dẫn. Những yếu tố trên có được dựa vào các khoảng trống trong cấu trúc borophene, thay đổi khoảng trống là thay đổi được đặc tính, nên các nhà khoa học rất mong tìm cách ứng dụng borophene vào thực tế.

Thuộc tính của borophene còn hơn vậy. Chúng nhẹ và phản ứng tốt với nhiều loại chất, khiến borophene trở thành ứng cử viên cho việc lưu trữ ion có trong pin. Nhà nghiên cứu Wang và cộng sự cho biết: “Hứa hẹn borophene sẽ được dùng để chế tạo cực dương cho pin ion Lithium, Natri và Magie, dựa trên những thuộc tính đã dự đoán được của nó, như dẫn điện và vận chuyển ion”

Nguyên tử hydro cũng bám rất dễ lên cấu trúc borophene, khiến vật chất kỳ diệu tiềm năng có thể trở thành công cụ lưu trữ hydro hiệu quả. Những nghiên cứu mang tính giả thuyết cho thấy borophene có thể chứa được lượng hydro bằng 15% khối lượng bản thân, con số vượt trội so với bất kỳ vật liệu nào khác.

Borophene còn có khả năng xúc tác, phân tách được nguyên tử hydro thành ion hydro, phân tách nước thành ion của hydro và oxy. Theo lý thuyết, borophene có thể dẫn đầu kỷ nguyên mới, nơi chúng ta có thể sử dụng nước để tạo năng lượng hiệu quả hơn bao giờ hết.

Dù vậy, các nhà hóa học cần tiến hành thêm nhiều thử nghiệm trước khi borophene có thể đi tiên phong trong bất cứ ngành nghề nào. Đi từ việc đơn giản trước, ta chưa rõ cách thức sản xuất borophene số lượng lớn để thử nghiệm và ứng dụng. Khả năng phản ứng của borophene sẽ khiến nó dễ bị oxi hóa, thế nên sẽ cần cách khắc phục điểm yếu.

Cả hai yếu tố khiến borophene vừa đắt đỏ lại vừa khó thí nghiệm. Nhưng điều đó không làm các nhà nghiên cứu nản lòng. Đã có những nghiên cứu đầu tiên chỉ ra sự kỳ diệu của borophene, nhiều khả năng đây mới là thứ vật liệu được hứa hẹn. Bên cạnh graphene, borophene là Azor Ahai của thế giới khoa học vật chất.

50Vote
40Vote
30Vote
20Vote
10Vote
00
Gửi ý kiến của bạn
Tắt
Telex
VNI
Tên của bạn
Email của bạn
Tạo bài viết
22 Tháng Hai 2021
Hôm thứ Hai (22/02/2021), Ủy ban An toàn Hà Lan (Dutch Safety Board - DSB) thông báo đang điều tra vụ máy bay chở hàng Boeing 747-400 gặp sự cố, khiến hàng chục mảnh vỡ động cơ rơi xuống làng Meerssen ở miền nam Hà Lan.
21 Tháng Hai 2021
Giới chức Mỹ yêu cầu kiểm tra và có thể loại bỏ một số chiếc Boeing 777 sau khi máy bay của United Airlines cháy động cơ trên không.
21 Tháng Hai 2021
40 người vô gia cư ở St. Petersburg được tiêm vaccine Covid-19 hôm Chủ nhật (21/02/2021), nhờ một sáng kiến từ thiện nhận được sự ủng hộ của các quan chức địa phương.
17 Tháng Hai 2021
Cơn khát vaccine của một số nước Châu Âu làm tăng ảnh hưởng của Trung Quốc, vốn đang nỗ lực thể hiện mình là một đồng minh chống Covid-19 đáng tin cậy.
17 Tháng Hai 2021
Các quan chức Lầu Năm Góc cho biết khoảng 1/3 quân đội Mỹ từ chối tiêm vaccine Covid-19, bất chấp mức độ lây nhiễm đáng lo ngại.
16 Tháng Hai 2021
Bà Ngozi Okonjo-Iweala, cựu bộ trưởng tài chính Nigeria, trở thành người Châu Phi đầu tiên và cũng là phụ nữ đầu tiên giữ cương vị tổng giám đốc của Tổ chức Thương mại Thế giới (WTO).