Nếu như vật liệu cấu trúc nano là một phát minh mang lại hiệu quả cực tốt đối với việc chống va đập. Thì phương pháp biến đổi carbon lại là một phát minh khác giúp chế tạo ra những vật liệu mới. Đặc biệt là công nghệ này có thể phát huy tác dụng rất lớn trong lĩnh vực linh kiện điện tử. Việc nghiên cứu ra một phương pháp chế tạo những hợp chất mới sẽ giúp chúng ta có nhiều sự lựa chọn hơn. Chưa dừng lại ở đó, giá thành để sản xuất vật liệu dựa trên công nghệ này cũng rất phải chăng. Điều này sẽ hứa hẹn những sáng kiến mới hữu ích cho cuộc sống của chúng ta.
Nhà khoa học mới nghiên cứu phương pháp biến đổi carbon
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Rice (Mỹ) đã phát triển phương pháp mới. Công nghệ này giúp biến carbon từ nhiều nguồn khác nhau thành những dạng hữu ích khác. Ví dụ như graphene hoặc kim cương. Kỹ thuật này sử dụng một “tia sáng” điện để đốt nóng carbon. Sau đó, chuyển carbon thành dạng cuối cùng được xác định bởi độ dài của tia sáng. Nghiên cứu đã được công bố trên cuốn tạp chí ACS Nano.
Phương pháp biến đổi carbon này được gọi là nung thuần trở tia sáng (FJH). Nhóm nghiên cứu đã mô tả phương pháp đó lần đầu tiên vào tháng 1/2020. Theo đó, một dòng điện chạy qua các vật liệu có chứa carbon. Dòng điện làm nóng các vật liệu đó đến khoảng 2.727 độ C. Nhờ đó, chuyển đổi carbon thành các mảnh turbostratic graphene.
Phương pháp biến đổi carbon tạo ra nhiều vật liệu khác
Hiện tại, các nhà nghiên cứu đã hoàn thiện quy trình để tạo ra những vật liệu khác. Các tia sáng ban đầu kéo dài 10 mili giây. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu nhận thấy điều lý thú bằng cách thay đổi thời lượng từ 10 – 500 mili giây. Thì khi đó, họ có thể khiến carbon chuyển đổi thành những dạng khác. Khoảng thời gian này cho phép carbon có thể biến đổi thành hay dạng. Đó là kim cương nano và “carbon đồng tâm”. Đây là hiện tượng khi các nguyên tử carbon tạo thành lớp vỏ xung quanh lõi kim cương nano.
Để hỗ trợ quá trình này, các hợp chất flo hữu cơ và tiền chất được thêm vào hỗn hợp ngay từ đầu. Một số nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng, flo giúp các nguyên tử carbon kết dính với nhau mạnh mẽ hơn. Điều đó cho phép tạo ra các viên kim cương nano trong điều kiện dễ dàng hơn. Bởi, thông thường, quá trình này cần áp suất rất cao. Nhóm nghiên cứu cho biết, quy trình FJH mới có thể giúp sản xuất hàng loạt những dạng khác.
Trong khi đó, những phương pháp truyền thống sẽ rất khó để thực hiện điều tương tự. Cụ thể, kim cương nano flo sẽ mang lại nhiều lợi ích hơn trong các linh kiện điện tử. Ví dụ như được sử dụng làm chất bán dẫn. Tuy nhiên, thông thường, quá trình tạo ra sản phẩm này cần đòi hỏi việc đưa tạp chất vào chất bán dẫn.
Những ưu điểm của phương pháp biến đổi carbon
James Tour là trưởng nhóm nghiên cứu, ông cho biết như sau. “Đối với ngành công nghiệp, kim cương nano đã được sử dụng từ lâu. Nó được ứng dụng trong các dụng cụ cắt và làm chất cách điện. Phiên bản flo hóa ở đây cung cấp một lộ trình để sửa đổi các cấu trúc này. Đồng thời, luôn có một nhu cầu lớn về graphene. Trong khi họ flo được sản xuất ở số lượng lớn”.
Cũng theo nhà nghiên cứu này, các cấu trúc có vỏ đồng tâm đã được sử dụng làm chất phụ gia. Phương pháp sử dụng tia sáng này có thể mang lại cách làm nhanh chóng. Mà bên cạnh đó, mức giá cũng hợp lý trong việc chuyển đổi các chất. Nhóm nghiên cứu chia sẻ, các bước tiếp theo của quá trình sẽ là thử nghiệm mới. Nhóm nhà khoa học dự định sẽ sử dụng những chất phụ gia khác. Có thể kể đến một số chất như bo, phốt pho và nitơ.