Chế tạo graphene chất lượng cao nhờ hệ thống phun siêu âm

Bằng việc sử dụng vòi phun siêu âm có trên động cơ phản lực và tên lửa đẩy, các nhà nghiên cứu tại đại học Illinois tại Chicago đã tìm ra một phương pháp đơn giản và không tốn kém để sản xuất các phiến graphene chất lượng cao, không khiếm khuyết trên một loạt các loại chất nền.

Phương pháp được phát triển dưới sự hợp tác giữa đại học Illinois và một số nhà nghiên cứu đến từ Hàn Quốc. Về cơ bản, các nhà nghiên cứu đã sử dụng graphene huyền phù có sẵn trên thị trường (một chất lỏng chứa graphene chất lượng thấp phân tán) và sau đó sử dụng các đầu phun siêu âm để làm lắng graphene trên một chất nền. Từ đây, họ đã có thể thu được graphene dạng phiến thành phẩm mà không cần xử lý gì thêm.

Thông thường, quy trình sẽ khiến graphene được phủ không đều trên chất nền ở dạng huyền phù. Tuy nhiên, khi được phun ở tốc độ siêu âm, graphene đập vào chất nền với động năng đủ lớn khiến nó được trải đều hoàn hảo thành một tấm graphene với độ dày chỉ bằng một nguyên tử. Alexander Yarin - đồng chỉ đạo nghiên cứu cho biết: "Hãy tưởng tượng một thứ gì đó giống như cục cao su dẻo Silly Putty được ném vào tường - nó sẽ dãn ra và trải đều mượt mà. Đây là những gì chúng tôi tin đã xảy ra với các lớp graphene. Chúng va vào chất nền với động năng cực lớn và dãn ra theo mọi hướng. Chúng tôi đang khai thác tính dẻo của graphene và nó thật sự được tái kết cấu".

Các nhà nghiên cứu cho biết, chìa khóa của quy trình là vòi phun Laval - một dạng vòi phun siêu âm có hình đồng hồ cát kéo dãn 2 đầu. Điểm thắt ở giữa khiến chất lòng đạt gia tốc lớn đến tốc độ siêu âm và sau đó thoát ra ngoài. Loại vòi phun này thường được sử dụng trong tên lửa và động cơ phản lực để tăng tốc khí nén và tạo ra nhiều lực đẩy hơn. Trong trường hợp với graphene, graphene huyền phù được gia tốc để đạt động năng đủ để kích hoạt hiệu ứng Silly Putty.

Do chỉ dựa vào kỹ thuật phun siêu âm mà không cần đến các quy trình hậu xử lý, các nhà nghiên cứu cho biết phương pháp có thể được sử dụng để phủ graphene trên nhiều vật liệu khác nhau và có thể định hình với graphene chất lượng cao. Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu sẽ tăng tỉ lệ của phương pháp với hy vọng phát triển các ứng dụng graphên với quy mô công nghiệp.