Tiến sĩ La Giang Bình cùng nhóm các nhà khoa học khoa Hóa thuộc trường Đại học quốc gia Singapore (NUS) vừa phát triển thành công phương pháp cấy ghép trực tiếp và chuyển các đặc tính của graphene lên tấm silicon hoặc các loại chất nền khác. Phương pháp mới này mở ra triển vọng mới cho phép ứng dụng graphen rộng rãi trên nhiều lĩnh vực khác nhau.
Kỹ thuật đột phá của các nhà khoa học lấy cảm hứng từ khả năng bám dính và đi trên bề mặt chiếc lá của bọ cánh cứng hay ếch. Chính hiện tượng tự nhiên này đã hình thành nên phương pháp đầu tiên có thể vừa cấy ghép và đồng thời chuyển các đặc tính của graphene lên silicon. Đây là kỹ thuật cho phép ứng dụng graphene vào lĩnh vực lượng tử ánh sáng và điện tử dùng cho các thiết bị như bộ điều biến quang điện, bán dẫn, chip cảm biến sinh học và các giao thức truyền dẫn liên mạng.
Graphene là một loại siêu vật liệu được chế tạo nhờ công nghệ nano. Trước đây, phương pháp cũ để chế tạo tấm graphene là áp dụng nguyên lý nung chảy và cán dẹp thành cuộn để tạo nên tấm silicon phủ graphene. Giới hạn của phương pháp cũ là không thể chế tạo được các tấm vật liệu có kích thước lớn vì dễ tạo ra các khiếm khuyết như vết nứt, vết gấp hay nếp nhăn. Trong khi đó, theo các nhà khoa học, phương pháp mới được gọi là cấy ghép trực tiếp. Theo đó, graphene sẽ được bao phủ trực tiếp lên bề mặt chất nền bằng phương pháp lắng đọng hơi hóa chất (CDV).
Ban đầu, tấm chất nền được ni tơ hóa bề mặt nhằm giữ lại các bóng khí hình thành sau quá trình lắng đọng. Sau đó một lớp sợi đồng cực nhỏ sẻ được phủ lên vật liệu nền làm cầu nối để graphene bám lên. Tiếp theo, lớp graphene sẽ được ngưng động theo phương pháp hóa học lên bề mặt chất nền. Cuối cùng, người ta loại bỏ các phân tử đồng ra khỏi vật liệu và graphene sẽ tự bám cứng lên trên bề mặt nhờ dấu vết các bóng khí để lại giống như tiếp xúc giữa chân ếch và chiếc lá.
Sản phẩm của quá trình là một tấm silicon phủ graphene với độ dài lên đến 1m.Sau đó, các nhà khoa học đã kiểm tra lại kết cấu của sản phẩm bằng kính hiển vi lượng tử. Bên cạnh đó, tấm graphene đã trải qua 4 bài kiểm tra khắc nghiệt nhằm đánh giá thuộc tính dẫn điện. Kết quả thật bất ngờ khi tấm vật liệu khá toàn vẹn với khả năng dẫn điện lên đến 4000 S/cm (xấp xỉ với độ dẫn điện của đồng).
So sánh 2 phương pháp phủ graphene lên bề mặt chất nền
Ưu điểm của phương pháp mới là có thể tạo ra một tấm vật liệu đồng chất và toàn vẹn ở nhiều kích thước khác nhau. Hơn nữa, phương pháp này còn cho phép phủ graphene lên nhiều loại vật liệu khác nhau ngoài silicon. Các nhà khoa học tin rằng phương pháp chế tạo vật liệu hoàn toàn mới này cho phép thực hiện ước mơ về một công nghệ nano của tương lai nói chung và ngành công nghiệp vật liệu nói riêng. Nền tảng "graphene trên silicon" sẽ là tiền đề cho những bước phát triển vượt bậc trong khoa học kỹ thuật của con người trong tương lai.
Kỹ thuật đột phá của các nhà khoa học lấy cảm hứng từ khả năng bám dính và đi trên bề mặt chiếc lá của bọ cánh cứng hay ếch. Chính hiện tượng tự nhiên này đã hình thành nên phương pháp đầu tiên có thể vừa cấy ghép và đồng thời chuyển các đặc tính của graphene lên silicon. Đây là kỹ thuật cho phép ứng dụng graphene vào lĩnh vực lượng tử ánh sáng và điện tử dùng cho các thiết bị như bộ điều biến quang điện, bán dẫn, chip cảm biến sinh học và các giao thức truyền dẫn liên mạng.
Graphene là một loại siêu vật liệu được chế tạo nhờ công nghệ nano. Trước đây, phương pháp cũ để chế tạo tấm graphene là áp dụng nguyên lý nung chảy và cán dẹp thành cuộn để tạo nên tấm silicon phủ graphene. Giới hạn của phương pháp cũ là không thể chế tạo được các tấm vật liệu có kích thước lớn vì dễ tạo ra các khiếm khuyết như vết nứt, vết gấp hay nếp nhăn. Trong khi đó, theo các nhà khoa học, phương pháp mới được gọi là cấy ghép trực tiếp. Theo đó, graphene sẽ được bao phủ trực tiếp lên bề mặt chất nền bằng phương pháp lắng đọng hơi hóa chất (CDV).
Ban đầu, tấm chất nền được ni tơ hóa bề mặt nhằm giữ lại các bóng khí hình thành sau quá trình lắng đọng. Sau đó một lớp sợi đồng cực nhỏ sẻ được phủ lên vật liệu nền làm cầu nối để graphene bám lên. Tiếp theo, lớp graphene sẽ được ngưng động theo phương pháp hóa học lên bề mặt chất nền. Cuối cùng, người ta loại bỏ các phân tử đồng ra khỏi vật liệu và graphene sẽ tự bám cứng lên trên bề mặt nhờ dấu vết các bóng khí để lại giống như tiếp xúc giữa chân ếch và chiếc lá.
Sản phẩm của quá trình là một tấm silicon phủ graphene với độ dài lên đến 1m.Sau đó, các nhà khoa học đã kiểm tra lại kết cấu của sản phẩm bằng kính hiển vi lượng tử. Bên cạnh đó, tấm graphene đã trải qua 4 bài kiểm tra khắc nghiệt nhằm đánh giá thuộc tính dẫn điện. Kết quả thật bất ngờ khi tấm vật liệu khá toàn vẹn với khả năng dẫn điện lên đến 4000 S/cm (xấp xỉ với độ dẫn điện của đồng).
So sánh 2 phương pháp phủ graphene lên bề mặt chất nền
Ưu điểm của phương pháp mới là có thể tạo ra một tấm vật liệu đồng chất và toàn vẹn ở nhiều kích thước khác nhau. Hơn nữa, phương pháp này còn cho phép phủ graphene lên nhiều loại vật liệu khác nhau ngoài silicon. Các nhà khoa học tin rằng phương pháp chế tạo vật liệu hoàn toàn mới này cho phép thực hiện ước mơ về một công nghệ nano của tương lai nói chung và ngành công nghiệp vật liệu nói riêng. Nền tảng "graphene trên silicon" sẽ là tiền đề cho những bước phát triển vượt bậc trong khoa học kỹ thuật của con người trong tương lai.
Theo Nanoweek
