Mặc dù graphene khá linh hoạt, nhưng nó hầu như không thể tan trong nước. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Umeå University (Thụy Điển) vừa tìm ra một cách tương đối dễ dàng để khắc phục trở ngại đó.
Graphene thực chất là một tấm phẳng hai chiều, bao gồm nhiều nguyên tử carbon sắp xếp theo hình lục giác. Những đặc tính hữu ích của loại vật liệu này là nó cực kỳ nhẹ, mỏng và linh hoạt, song không kém phần chắc chắn. Ngoài ra, nó còn dẫn điện và nhiệt rất tốt, do đó thường được dùng để làm ra đủ thứ, từ thiết bị điện tử, bộ lọc nước cho đến quần áo, ...
Tuy nhiên, việc đưa được graphene lên các cấu trúc lại phụ thuộc vào khả năng phân tán nó trong nước. Dung dịch chứa graphene phân tán, sau đó sẽ được sơn hoặc phun lên những bề mặt để làm thành, chẳng hạn điện cực của siêu tụ điện (supercapacitor) hoặc lớp phủ dẫn điện, ... Nhưng vấn đề là graphene và một số dạng cấu trúc carbon tương tự khác như than chì, ống nano carbon, ... thường có tính kỵ nước (hydrophobic). Mặc dù vẫn có thể phân tán chúng bằng dung môi hữu cơ đặc (harsh organic solvent) hoặc xử lý cơ học, nhưng cách thứ nhất vô cùng độc hại, còn phương pháp thứ hai cũng hay gây lỗi sản phẩm.
Kỹ thuật mới do các nhà nghiên cứu tại Umeå phát triển để giải quyết tình trạng trên lại đơn giản đến không ngờ. Bí quyết là sử dụng graphene oxy hóa ưa nước (hydrophilic). Cũng là một dạng của loại vật liệu này, nhưng graphene oxide lại phân tán rất ổn định trong nước. Bằng cách kết hợp graphene oxide với các hạt của vật liệu carbon kỵ nước khác như graphene, graphene hoạt hóa, cacbon xốp, than hoạt tính, ... nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công dung dịch graphene với độ phân tán rất ổn định (chỉ mất vài ngày để phân toán hoàn toàn).
Trong một thử nghiệm sau đó, nhóm đã đã bổ sung các ống nano carbon vào hỗn hợp, và chế tạo điện cực siêu tụ điện bằng cách sơn dung dịch graphen phân tán lên những lá kim loại, rồi sấy khô và nung nóng đến 200°C.
“Kết quả thu được sau cùng là một màng mỏng (thin film) vật liệu dẫn điện có diện tích bề mặt khá lớn, với hiệu suất cùng khả năng lưu trữ điện tuyệt vời”, Alexandr Talyzin, tác giả chịu trách nhiệm liên lạc (corresponding author) của nhóm, cho biết. “Diện tích bề mặt do các hạt kích cỡ micromet như graphene hoạt tính tạo thành, trong khi ống nano và oxit graphene sau khi được hạ nhiệt sẽ mang lại tiếp xúc điện tốt giữa vô số hạt.”
Nhóm nghiên cứu tin rằng phương pháp trên có thể dễ dàng được nhân rộng cho hoạt động sản xuất trên quy mô công nghiệp. Họ đã nộp hồ sơ xin cấp bằng sáng chế cho kỹ thuật và công bố kết quả trên Tạp chí Journal of Physical Chemistry Letters.
Nguồn:
Hải Đăng (theo Đại học Umeå)