Tìm hiểu siêu vật liệu Graphene và những đột phá có thể cho ngành Robot

Đăng lúc: Thứ năm - 12/05/2016 09:29 - Người đăng bài viết: SuperG
Linh kiện bán dẫn graphene

Linh kiện bán dẫn graphene

Graphene là gì? Graphene là vật liệu làm từ carbon nguyên chất này có độ dày chỉ tương đương một nguyên tử và gần như trong suốt khi được chia thành các phiến, nhưng lại cứng gấp 200 lần so với thép mặc dù mỏng hơn túi bọc thực phẩm tới 60.000 lần, nó dẫn điện và dẫn nhiệt cực tốt.

Từ khi phân tách thành công graphene vào năm 2003, sự quan tâm tới vật liệu này đã bùng nổ nhờ một "cơn sốt bằng sáng chế" được đệ trình bởi các công ty như Apple, IBM, Lockheed Martin và các doanh nghiệp khác trên thế giới.

Chris Darby, Giám đốc quản lý tại Valence Industries trong một cuộc nói chuyện với trang tin Mashable đã cho biết hiện tại các sản phẩm chính của Valence Industries là than chì tinh chế dùng cho pin, các tế bào năng lượng mặt trời và điện tử tiêu dùng nhưng mối quan tâm lớn nhất của họ hiện đang tập trung vào vật liệu "graphene". "Đó sẽ là một cuộc cách mạng công nghiệp trong thời gian tới", ông cho biết.

Hiện tại, công ty này đang xây dựng một cơ sở chế biến tiên tiến ở Adelaide với một phòng thí nghiệm chuyên dụng để mở rộng quy mô sản xuất loại vật liệu mới này. Valence đã hợp tác với các nhà nghiên cứu tại Đại học Wollongong, Đại học Flinders, Đại học Adelaide và Đại học Nam Australia để nhằm mục tiêu đưa "graphene" vào thương mại hóa.

Vậy thực chất "graphene" là gì?

Graphene là vật liệu làm từ carbon nguyên chất có độ dày chỉ tương đương một nguyên tử - được phát hiện bởi Andre Geim, một giáo sư vật lý tại Đại học Manchester. Đây được xem là loại vật liệu có cấu trúc hai chiều đầu tiên được con người tìm thấy. Cụ thể, vào năm 2002, Geim và các sinh viên của mình vô tình tìm thấy "graphene" khi họ sử dụng một tấm băng dính dán lên một miếng graphite (chất liệu dùng làm ruột bút chì). Sau đó, Geim đã giành được giải Nobel cho khám phá này vào năm 2010.

graphene có nguồn gốc từ than đá

Để sản xuất graphene, Valence Industries sử dụng phương pháp điện phân hóa học để tách các lớp graphene từ chất liệu graphite (có nguồn gốc từ than chì).

Dusan Losic, một vị Giáo sư hóa học của đại học Adelaide (một trong những đối tác của Valence) sau 3 năm làm việc với graphene đã cho rằng "đây là vật liệu của thế kỷ 21". Theo Losic, Graphene mỏng hơn một triệu lần so với một mảnh giấy, rắn hơn so với một viên kim cương, co giãn, linh hoạt và có khả năng dẫn điện tốt hơn so với đồng và silicon. Điều quan trọng là hiện tại hầu như chưa có một vật liệu nào gọi là "tương đương" với graphene.

Hiện tại, Valence Industries và các đối tác của mình đang nghiên cứu graphene để đưa chất liệu này vào các mục đích sản xuất công nghiệp và cả tiêu dùng. Ví dụ, graphene có thể thay thế mã vạch trên các thẻ điện tử hoặc in 3D bo mạch ở mức độ nguyên tử và nâng cấp điện thoại của bạn mà không cần ra cửa hàng mua sản phẩm mới (đây là những ý tưởng mà Losic và các cộng sự của mình đang hướng tới).

Xưởng sản xuất graphene
Xưởng sản xuất graphene

Darby cho biết thách thức lớn nhất để đưa graphene vào cuộc sống là làm cách nào để nó sao chép một cách chính xác thông số kỹ thuật của các sản phẩm qua những lần khác nhau. Hơn nữa, quy mô sản xuất cũng là một rào cản không hề nhỏ trong tình hình hiện nay. Tuy nhiên, lợi thế mà graphene mang lại là khá lớn khi chỉ với một chút than chì với kích thước bằng móng tay em bé, bạn có thể sản xuất graphene đủ lấp đầy 1 cái can 2 lít (ở đây là vấn đề cấu trúc chính xác của các vật mà graphene sẽ tái tạo chứ không phải vấn đề về khối lượng).

Vấn đề giá thành cũng đang được các nhà nghiên cứu quan tâm, 1 gram vật liệu này hiện đang có giá 200 USD nhưng người ta hi vọng nó sẽ rẻ hơn khi được đưa vào sản xuất đại trà.

Theo nghiên cứu năm 2011 của IBM thì mặc dù graphene chưa thể thay thế hoàn toàn chất bán dẫn silicon nhưng người ta có thể bổ xung silicon vào graphene để tăng cường sức mạnh cho các con chip máy tính. Nhiều người rất quan tâm đến các đặc tính của graphene, chẳng hạn tính mềm dẻo của nó sẽ rất hữu ích cho các thiết bị điện tử.

Một số tính năng và ứng dụng Graphene trong lĩnh vực điện tử Robot như sau:

1, Màn hình điều khiển siêu dẻo và không vỡ

Với độ dày nhỏ đến đáng kinh ngạc thì graphene nổi lên như một ứng cử viên sáng giá cho việc chế tạo màn hình smartphone trong tương lai. Thậm chí, graphene có thể được sử dụng cho những màn hình điều khiển không thể vỡ, hoặc người dùng có thể xoắn và uốn cong tùy ý. Khi đó graphene có thể tạo nên lớp vỏ kim loại vững chắc mà vẫn đảm bảo tính linh hoạt, ngay cả với loại màn hình cảm ứng.

2, Viên pin dẻo và sạc đầy nhanh hơn

Có lẽ vấn đề lớn nhất đối với hầu hết các thiết bị hiện nay là việc chúng cần sạc lại liên tục. Nhưng kể từ năm 2011, khi mà các kĩ sư trường đại học Northwestern phát hiện ra rằng các cực dương của graphene giữ điện tốt hơn cực dương của than chì – với thời lượng nạp nhanh hơn đến 10 lần – các nhà nghiên cứu đang tích cực thí nghiệm với hợp chất graphene để có thể áp dụng vào công nghệ pin, đặc biệt ứng dụng pin cho Robot.

Những tiềm năng to lớn giúp Graphene thay đổi smartphone hiện tại

 Cuối tháng 5 vừa qua, các nhà khoa học tại đại học Rice của Mỹ đã phát hiện ra rằng graphene trộn lẫn với vanadi oxit (một giải pháp tương đối rẻ tiền) có thể tạo ra cực âm pin, có thể sạc tới 90% dung lượng chỉ trong 20 giây, và giữ khả năng đó ngay cả sau 1000 chu kì sử dụng.


3, Cảm biến hoạt động tốt hơn với ánh sáng yếu

Các nhà nghiên cứu tại đại học công nghệ Nanyang của Singapore đã phát triển một cảm biến hình ảnh làm từ graphene có khả năng nhạy với ánh sáng tốt hơn các cảm biến kiểu cũ như CMOS, CCD tới 1000 lần và tiêu tốn ít năng lượng hơn 10 lần.

Cùng GenK điểm qua 5 ứng dụng của graphene có thể thay đổi toàn bộ ngành công nghiệp smartphone

4, Linh kiện bán dẫn graphene

Linh kiện bán dẫn silicon đã có đối thủ mới khi graphene đươc khám phá. Một phòng thí nghiệm của IBM đặt tại New York đã xây dựng một chip bán dẫn thô sở với bản mạch làm từ graphene và hiệu năng của nó cao gấp 10.000 lần so với linh kiện là từ silicon. Việc áp dụng các vật liệu nano như graphene khiến chip bán dẫn trở nên nhỏ nên, nhanh hơn và tiết kiện năng lượng hơn rất nhiều so với chip silicon.

Cùng GenK điểm qua 5 ứng dụng của graphene có thể thay đổi toàn bộ ngành công nghiệp smartphone
 

  5, Chuyển hóa năng lượng mặt trời

 Đại học công nghệ Michigan của Mỹ đã phát hiện ra rằng graphane có thể thay thế platinum, một thành phần quan trọng có giá thành rất đắt (khoảng 1500 USD/ounce) trong các tế bào năng lượng mặt trời. Nhờ vào cấu trúc phân tử của mình, graphene có độ dẫn và hoạt động xúc tác cần thiết để khai thác và chuyển đổi năng lượng từ mặt trời với hiệu suất cao. Đây là cơ sở sản xuất những cục pin năng lương mặt trời làm từ graphene, giúp tái tạo năng lượng cho Robot.

Cùng GenK điểm qua 5 ứng dụng của graphene có thể thay đổi toàn bộ ngành công nghiệp smartphone

 Sự ra đời của graphene đã tạo bước tiến mới trong ngành vật liệu công nghệ cao, hứa hẹn việc ra đời những sản phẩm công nghệ làm từ thứ chất liệu có khả năng đáng kinh ngạc này. 

Tham khảo Genk

 

Đánh giá bài viết
Tổng số điểm của bài viết là: 0 trong 0 đánh giá
Click để đánh giá bài viết
 

Đào tạo, hướng dẫn học làm Robot

Đặt vấn đề: Công nghệ robot – môn học giúp làm giàu trí óc trẻ    Ngày nay, ở Mỹ và các nước đang phát triển, tương lai của ngành công nghệ chế tạo robot ngày càng hứa hẹn những chuyển biến vượt bậc. Đồng thời, ghi nhận sức mạnh trí tuệ của lớp trẻ ngày nay, các nước không ngừng cải...

Thăm dò ý kiến

Bạn có muốn sở hữu một Robot trong nhà không?

Cần một Robot để dọn dẹp

Cần một Robot trông nhà

Cần một Robot để giải trí

Bạn cần một Robot theo cách khác

Bạn đã có rồi

Bạn không cần

Liên kết