Tìm hiểu về Graphene - Siêu vật liệu của tương lai

Có một vật liệu kỳ diệu mới đang được áp dụng và phát triển với tên gọi là graphene. Kể từ lần đầu tiên được phân lập thành công vào năm 2004, graphene, với cấu trúc 2D giống như tổ ong và nhiều đặc tính thú vị của nó, đã được các nhà khoa học vật liệu quan tâm nghiên cứu.

Những điều cần biết về Graphene

Graphene là gì?
Tầm quan trọng của graphene trong các ứng dụng tương lai

Mạng tinh thể nguyên tử cacbon dày 1 mm trong suốt tự nhiên này có nhiều ứng dụng và thậm chí một ngày nào đó có thể giải quyết được cuộc khủng hoảng nước trên thế giới.

Niềm tin vào vật liệu này mạnh mẽ đến mức, theo những con số do Fortune Business Insights dự đoán, giá trị thị trường của nó sẽ là 2,8 tỷ đô la vào năm 2027.

Trong infographic dưới đây, chúng ta được giới thiệu về siêu vật liệu graphene với các đặc tính, ứng dụng, lịch sử và cách sản xuất của nó.

Graphene là gì?

Nó là một lớp đơn của các nguyên tử cacbon, liên kết chặt chẽ trong một mạng lưới tổ ong hình lục giác. Nó là khối cấu tạo từ nhiều lớp nguyên tử cacbon đơn lớp chồng lên nhau. Dưới đây là bảng phân tích nhanh về các thuộc tính của nó:

Nó là vật liệu nhẹ nhất mà con người biết đến, với 1 mét vuông chỉ nặng 0,77 miligam.
Mặc dù trọng lượng nhẹ, nó vẫn bền hơn thép 200 lần.
Nó là một trong những chất dẫn nhiệt và điện mạnh nhất.

Nó cũng có khả năng hấp thụ ánh sáng đồng đều trên các phần nhìn thấy và cận hồng ngoại của quang phổ.

Graphene có thể giúp giải quyết cuộc khủng hoảng nước trên thế giới.

Tầm quan trọng của graphene trong các ứng dụng tương lai

Khoa học và công nghệ là sẽ phát triển mạnh mẽ trong tương lai và graphene có thể giúp tương lai đó đến sớm hơn chúng ta mong đợi. Dưới đây là một số phát minh ứng dụng graphene đáng mong đợi trong tương lai gần:

Nhiên liệu từ không khí

Một nhóm các nhà nghiên cứu Vương quốc Anh do Andre Geim, người đoạt giải Nobel dẫn đầu đã chỉ ra rằng graphene có thể được sử dụng làm màng trao đổi proton trong pin nhiên liệu.

Phát hiện này khiến mọi người ngạc nhiên vì không ai mong đợi các màng cho phép các proton đi qua cấu trúc lục giác chặt chẽ, dày một nguyên tử của nó. Ngoài ra, màng graphene có thể được sử dụng để lọc khí hydro ra khỏi khí quyển, giúp pin nhiên liệu di động có thể chạy bằng không khí.

Giải quyết khủng hoảng nước ngọt

Graphene có thể giúp giải quyết cuộc khủng hoảng nước trên thế giới. Màng làm từ graphene có thể đủ lớn để cho nước chảy qua, nhưng đủ nhỏ để lọc hết muối. Nói cách khác, những màng này có thể cách mạng hóa công nghệ khử muối.

Trên thực tế, một loại graphene đã được chứng minh hiệu quả trong việc lọc nước đến mức nó khiến các mẫu nước từ Cảng Sydney trở nên an toàn để uống sau khi đi qua bộ lọc chỉ một lần.

Tổ chức Nghiên cứu Công nghiệp và Khoa học Khối thịnh vượng chung của Úc (CSIRO) đã sử dụng “graphair” để làm cho nước biển có thể uống được sau một lần xử lý.

Một thế giới không có rỉ sét

Bởi vì nó hầu như không thấm nước , một ngày nào đó, một lớp sơn gốc graphene có thể được sử dụng để loại bỏ sự ăn mòn và rỉ sét. Điều này rất quan trọng vì ước tính chi phí ăn mòn toàn cầu là 2,5 nghìn tỷ đô la hàng năm.

Lưu tác phẩm nghệ thuật khỏi bị phai màu

Graphene mang lại một số ưu điểm về vật liệu : nó có thể được sản xuất ở dạng tấm lớn, mỏng; nó chặn ánh sáng tia cực tím; và không thấm oxy, độ ẩm và các tác nhân ăn mòn khác.

Các nhà nghiên cứu cho rằng nó có thể ngăn chặn sự phai màu không thể đảo ngược do tiếp xúc với ánh sáng và các tác nhân oxy hóa (như không khí). Phát hiện của họ cho thấy rằng một lớp bảo vệ duy nhất có thể ngăn chặn sự phai màu lên đến 70% .

Tại sao vật liệu kỳ diệu này vẫn chưa được sử dụng?

Một số vấn đề sản xuất cần phải được giải quyết trước khi triển khai sản xuất rộng rãi. Một thách thức hiện nay của sản xuất hàng loạt xoay quanh sự lắng đọng hơi hóa chất (CVD). Mặc dù đây là phương pháp tốt nhất để sản xuất graphene một lớp, nhưng xét về quy mô thì nó không phải là lý tưởng.

Những thách thức này cũng khiến việc sản xuất hàng loạt trở nên tốn kém. Cần khoảng 100 đô la để sản xuất một gam graphene. Vẫn có các phương pháp khác được sử dụng để sản xuất hàng loạt graphene nhưng lại tạo ra các sản phẩm chất lượng thấp và thải carbon ra môi trường.

Giải quyết vấn đề sản xuất Graphene

Để khắc phục những vấn đề này, HydroGraph đã tạo ra một quy trình để sản xuất hàng loạt bột graphene. Trên lý thuyết, phương pháp này thân thiện với môi trường và hiệu quả cao so với các phương pháp khác hiện đang được sử dụng trên thị trường.