Nghiên cứu đột phá về vật liệu graphene

Các nhà khoa học người Anh đang nghiên cứu tăng khả năng hấp thụ ánh sáng của graphene nhằm tăng tính ứng dụng của loại vật liệu mỏng nhất thế giới này.

>>> Lớp phủ Graphene trên cảm biến đóng vai trò như máy phát điện tí hon

Nhóm nghiên cứu, bao gồm hai nhà khoa học nhận giải thưởng Nobel Vật lý năm 2010 là Andre Geim và Kostya Novoselov, đã phát hiện thấy rằng bằng cách kết hợp với các cấu trúc kim loại nano, vật liệu graphene có hấp thụ và biến đổi ánh sáng thành năng lượng điện nhiều gấp 20 lần.

“Rất nhiều công ty điện tử hàng đầu thế giới đang xem xét sử dụng vật liệu graphene cho các thiết bị thế hệ tiếp theo của họ. Nghiên cứu mới này của chúng tôi càng tăng thêm cơ hội ứng dụng cho loại vật liệu siêu mỏng này”, tiến sĩ Kostya Novoselov, người đồng phát hiện ra vật liệu graphene, cho biết.

Theo hãng thông tấn Reuters, các nghiên cứu trước đây đã cho thấy, năng lượng điện có thể được tạo ra bằng cách để hai dây kim loại gần nhau trên bề mặt của vật liệu graphene và chiếu ánh sáng vào tấm graphene này. Phương pháp này có thể ứng dụng để tạo ra một tấm pin mặt trời đơn giản.

Tính di động cao và vận tốc nhanh của các điện tử trong môi trường graphene giúp các thiết bị pin mặt trời bằng vật liệu graphene biến đổi ánh sáng thành năng lượng điện rất nhanh - gấp 10 lần hay thậm chí có thể 100 lần so với tốc độ liên lạc của dây cáp quang Internet nhanh nhất thế giới hiện nay.

Tuy nhiên, trở ngại chính đối với ứng dụng các tấm pin mặt trời bằng vật liệu graphene hiện nay là hiệu năng của thiết bị này rất thấp. Nguyên nhân là do vật liệu graphene hấp thụ rất ít ánh sáng, chỉ khoảng 3%, với phần ánh sáng còn lại đi qua mà không tạo ra năng lượng điện.

Nhóm nghiên cứu đã giải quyết vấn đề trên bằng cách kết hợp vật liệu graphene với những cấu trúc kim loại siêu nhỏ hay còn được gọi là cấu trúc nano plasmonic, được sắp xếp đặc biệt trên bề mặt của tấm graphene. Bằng phương pháp kết hợp này, vật liệu graphene có thể hấp thụ ánh sáng gấp 20 lần mà không ảnh hưởng tới tốc độ biến đổi.

“Chúng tôi hy vọng các cấu trúc nano plasmonic có thể nâng cao hiệu suất của các thiết bị sử dụng vật liệu graphene. Vật liệu graphene dường như là một "người bạn" tự nhiên của plasmonic.”, tiến sĩ Alexander Grigorenko, một chuyên gia về plasmonic, nhấn mạnh.