Tổng hợp thành công "vật liệu kỳ diệu" từng được phát minh cách đây 60 năm

Trong suốt nhiều thập kỷ, các nhà khoa học đã cố gắng tổng hợp một dạng thù hình mới của carbon, được gọi là graphyne, nhưng phải mãi tới nay họ mới thành công.

Graphyne từ lâu đã được các nhà khoa học đặc biệt quan tâm vì những điểm tương đồng của nó với "vật liệu kỳ diệu" graphene - một dạng thù hình của nguyên tử carbon vốn được đánh giá cao và thậm chí nhận Nobel Vật lý vào năm 2010. Tuy nhiên, bất chấp nhiều thập kỷ nghiên cứu, họ vẫn chưa thể tạo ra loại vật thể này.

Cấu trúc tinh thể của một lớp graphyne graphene.

Giờ đây, nỗ lực đó đã kết thúc, nhờ vào nghiên cứu mới từ Đại học Colorado Boulder, khi họ chính thức sản xuất ra được vật liệu graphyne - thứ được cho là sẽ tạo ra cuộc cách mạng trong ngành năng lượng, điện tử.

TS. Yiming Hu, tác giả chính của nghiên cứu không giấu được niềm hân hoan. "Tất cả chúng tôi đã vô cùng vui mừng vì giải quyết được vấn đề lâu đời này. Cuối cùng, nó đã được hiện thực hóa", TS. Hu chia sẻ.

Được biết, các dạng thù hình của carbon có nhiều cách được xây dựng tùy thuộc vào cách mà các phân tử lai hóa, được ký hiệu là carbon lai hóa sp2, sp3... Trong đó, nổi tiếng nhất là than chì (được sử dụng trong các công cụ như bút chì và pin) và kim cương, được tạo ra từ carbon sp2 và carbon sp3.

Graphyne tạo thành các vòng benzen, được đặt cách xa nhau hơn và nối với nhau bằng liên kết Alkyn.

Thế nhưng từ cách đây ít nhất 6 thập kỷ, các nhà khoa học đã phát minh ra một định dạng mới mà họ gọi là graphyne. Mối quan tâm về vật liệu này càng được lưu tâm, khi họ chế tạo thành công graphene, vật chất được mệnh danh là "kỳ diệu" kể từ khi được phát minh ra cách đây 17 năm.

Theo định nghĩa, Graphyne giống graphene hơn cả về tên gọi. Cả hai đều là những cấu trúc carbon dày nhất từng được ghi nhận. Tuy nhiên, trong khi graphene có cấu trúc tổ ong đơn giản, được hình thành từ các vòng lục giác lặp lại không ngừng, thì graphyne phức tạp hơn rất nhiều.

Cụ thể, chúng tạo thành các vòng benzen, được đặt cách xa nhau hơn và nối với nhau bằng liên kết Alkyn. Trong đó cứ 2 nguyên tử carbon sẽ tạo thành liên kết ba giữa 3 cặp electron. "Đây có thể là vật liệu kỳ diệu thế hệ tiếp theo của graphene", Wei Zhang - giáo sư hóa tại Đại học Colorado Boulder cho biết.

Mặc dù vật liệu mới đã được chế tạo thành công, song nhóm nghiên cứu vẫn muốn xem xét kỹ hơn về các đặc tính cụ thể của nó, nhằm tạo ra vật liệu trên quy mô lớn, hay chế tác nó thành các dạng có ích cho đời sống.

Nghiên cứu được công bố vào ngày 9/5 trên tạp chí Nature Synthesis, đã lấp đầy khoảng trống còn lại lâu nay trong khoa học về vật liệu carbon. Các nhà khoa học tự tin cho biết, nghiên cứu cũng có khả năng mở ra những khả năng hoàn toàn mới cho ngành nghiên cứu điện tử, quang học và vật liệu bán dẫn.

• Điều gì sẽ xảy ra nếu trời mưa ở mọi ngóc ngách trên Trái đất cùng một lúc trong một năm?
• Nghề nghiệp kỳ lạ nhất thời Trung Cổ: Tha hồ "cà khịa" vua chúa, sống như quý tộc
• Tại sao ở trong môi trường chân không ngoài vũ trụ, các phi hành gia vẫn có thể gọi điện thoại?

Từ khóa liên quan:

graphyne

cấu trúc tinh thể graphyne

tổng hợp graphyne

dạng thù hình mới của carbon

vật liệu graphyne

vật liệu kỳ diệu

các dạng thù hình của carbon

Yiming Hu

Wei Zhang