Khoa Học

Không phải graphene, borophene mới là vật liệu kỳ diệu của tương lai, đứa con cưng mới của giới khoa học

Graphene là một tấm cacbon cực mạnh, dày bằng đường kính nguyên tử, có khả năng “biến hình” thành các hình dạng khác nhau và có khả năng dẫn điện. Những khả năng này khiến graphene được các nhà khoa học trên thế giới tôn vinh là vật liệu kỳ diệu của tương lai, có thể mở ra một kỷ nguyên mới cho bộ vi xử lý máy tính. Để kích thích sự phát triển của ngành công nghiệp graphene, EU đã mạnh tay chi 1 tỷ euro.

Mặc dù giấc mơ về graphene chưa thành hiện thực nhưng nó cũng đã giúp các nhà khoa học tìm ra chất mới. Nổi bật nhất là borophene, một lớp mỏng nguyên tử bo có thể sắp xếp thành nhiều cấu trúc tinh thể khác nhau, có thể ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp, sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau.


Một khối borophene.

Các nhà điện hóa học tin rằng việc sử dụng borophene trong sản xuất cực dương có thể tạo ra một thế hệ pin lithium-ion mới. Trong khi đó, các nhà vật lý đang thử nghiệm sử dụng borophene để tìm kiếm nhiều loại nguyên tử và phân tử.

Từ những năm 1990, các nhà vật lý đã dự đoán sự tồn tại của borophene thông qua một chương trình mô phỏng cách các nguyên tử bo kết hợp lại thành một lớp boron mỏng.

Đến năm 2015, bằng cách xả khí nóng có mật độ phân tử boron lên một bề mặt lạnh làm bằng thép nguyên chất, các nhà khoa học đã tổng hợp được borophene.

Nguyên tử bo bị buộc vào trong sự sắp xếp của các nguyên tử sắt, cứ sáu nguyên tử bo lại liên kết với nhau để tạo thành một hình lục giác. Tuy nhiên, một phần lớn nguyên tử bo có cấu trúc khác, cụ thể hơn là chỉ có 4 hoặc 5 nguyên tử kết hợp với nhau tạo thành các lỗ trống trong cấu trúc lục giác. Chính lỗ hổng đó đã làm cho borophene trở nên đặc biệt.

Lỗ trong cấu trúc lục giác

Borophene là một sản phẩm do con người tạo ra, vì vậy các nhà khoa học đã tiến hành nhiều thử nghiệm khác nhau để cung cấp cho nó các đặc tính bổ sung. Từ những thử nghiệm đó, các nhà khoa học phát hiện ra rằng borophene thậm chí còn mạnh hơn và linh hoạt hơn graphene. Ngoài ra borophene còn có tính chất siêu dẫn, có thể dẫn điện và dẫn nhiệt rất tốt.

Chính những khoảng trống trong cấu trúc borophene đã làm phát sinh những đặc tính này. Thay đổi không gian là thay đổi thuộc tính.

Ngoài các tính chất trên, borophene rất nhẹ và phản ứng tốt với nhiều chất. Do đó, các nhà khoa học coi borophene là ứng cử viên cho chức năng lưu trữ ion trong pin.

Borophene cũng có thể trở thành một thiết bị lưu trữ hydro hiệu quả vì nguyên tử hydro có thể dễ dàng bám vào cấu trúc borophene. Các nghiên cứu giả thuyết cho thấy borophene vượt trội hơn bất kỳ vật liệu nào khác về khả năng giữ hydro, với lượng lên tới 15% khối lượng của chính nó.

Borophene rất nhẹ

Một khả năng khác của borophene là xúc tác, phân tách các nguyên tử hydro thành các ion hydro, và nước tách thành các ion hydro và oxy. Điều này làm cho borophene có thể được sử dụng để tạo ra năng lượng từ nước với hiệu suất cao hơn bao giờ hết.

Chính khả năng phản ứng của borophene dễ bị oxi hóa gây khó khăn cho quá trình thí nghiệm. Các nhà khoa học cần nghiên cứu để khắc phục điểm yếu này của nó. Tuy nhiên, họ vẫn chưa thể sản xuất borophene với số lượng lớn để thử nghiệm và ứng dụng. Vẫn còn nhiều việc phải làm trước khi các nhà nghiên cứu biến borophene thành vật liệu hứa hẹn.

.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Back to top button