Phương thức mới để kiểm tra chất lượng của vật liệu nano như graphene

Graphene và vật liệu nano đã được coi là loại vật liệu kỳ diệu và vô giá trong tất cả các loại ứng dụng, chẳng hạn như trong ngành công nghiệp ô tô và hàng không vũ trụ, nơi các kim loại nặng được thay thế bằng vật liệu composite nhẹ hơn nhưng không kém phần bền chắc. Do đó, chất lượng vật liệu nano là vấn đề rất quan trọng, nhưng việc tiêu chuẩn hóa và kiểm tra chất lượng vẫn còn đang bỏ ngỏ.

Nhóm nghiên cứu của trường Đại học Sussex đã phát triển một kỹ thuật cung cấp thông tin chi tiết về kích thước và độ dày của các hạt graphene. Nó sử dụng một phương pháp không phá hủy, dựa trên laser để xem xét tổng thể các hạt và cho phép họ nhanh chóng tạo dựng một bức tranh chi tiết về sự phân bố của các hạt trong một vật liệu nhất định.

Tiến sĩ Matt Large, người dẫn đầu nghiên cứu tại Trường Toán học và Khoa học Vật lý tại Đại học Sussex cho biết "Các tiêu chuẩn đo lường là một nền tảng thực sự quan trọng của nền kinh tế hiện đại. Nó thực sự chỉ nằm ở một câu hỏi đơn giản là làm thế nào để biết bạn đã nhận được những gì bạn phải trả?

"Hiện tại, ngành công nghiệp graphene còn là một giới hạn rộng lớn, rất khó để so sánh các sản phẩm khác nhau vì không có cách đo lường nào được thống nhất. Đó là nơi các nghiên cứu của chúng tôi bắt đầu.”

Đó thực sự là một vấn đề quan trọng đối với bất kỳ doanh nghiệp nào đang tìm cách tận dụng lợi ích của graphene (hoặc bất kỳ vật liệu nano nào khác) trong sản phẩm của họ. Thường xuyên sử dụng sai vật liệu có thể không mang lại lợi ích gì, hoặc thậm chí làm cho hiệu suất sản phẩm kém hơn.

"Một ví dụ cụ thể là, 1 trong những vật liệu composite là nhựa graphene, nếu sử dụng graphene chất lượng kém, nó có thể khiến các bộ phận bị hỏng và không có độ bền được cải thiện như mong đợi. Đây có thể là một vấn đề lớn đối với các ngành công nghiệp như ô tô và hàng không vũ trụ, nơi có rất nhiều nỗ lực để thay thế các bộ phận kim loại nặng bằng vật liệu composite nhẹ hơn (như sợi carbon). Nếu graphene và các vật liệu nano khác đóng vai trò trong việc giảm trọng lượng và chi phí thì các tiêu chuẩn đã thống nhất thực sự cần thiết."

Aline Amorim Graf là đồng tác giả của bài báo thuộc nhóm nghiên cứu tại Trường Toán học và Khoa học Vật lý thuộc Đại học Sussex. Cô cho biết, một số nhà sản xuất nói rằng họ sản xuất graphene nhưng thực sự là đang tạo ra một dạng graphite. Vật liệu này có thể lên tới 500 bảng Anh/gam.

"Vấn đề là không có tiêu chuẩn hóa. Những gì chúng tôi đã làm là tạo ra một phương pháp mới để đo chất lượng của vật liệu nano như graphene. Chúng tôi sử dụng máy quang phổ Raman để làm điều này và đã tạo ra một thuật toán để tự động hóa quy trình. Theo cách này, chúng tôi có thể xác định chất lượng, kích thước và độ dày của mẫu".

"Rõ ràng chất lượng của graphene thực sự quan trọng. Nếu bạn đang sử dụng graphene để tăng cường cấu trúc, sử dụng trong máy theo dõi sức khỏe, sử dụng trong thẻ siêu thị, bạn muốn biết mình đang mua hàng thật. Nhưng thực tế người mua graphene không có manh mối về chất lượng của những gì họ mua trên nền tảng trực tuyến. Nếu bạn đang sử dụng graphene để tăng cường xi măng và hóa ra nó thực sự không phải graphene hoặc là graphene chất lượng thấp, thì đó sẽ là một vấn đề lớn".

Giáo sư Alan Dalton, đồng Giám đốc Chương trình Sussex về Nghiên cứu Lượng tử và đồng tác giả của bài báo cho biết: "Đây thực sự là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng đối với nhóm của chúng tôi. Chúng tôi tin rằng, chỉ số mới sẽ giúp ích rất nhiều cho ngành công nghiệp, các nhà nghiên cứu và các cơ quan tiêu chuẩn, những bên liên quan chính trong việc phát triển vật liệu 2D theo hướng thương mại hóa".

Hội đồng Graphene từ lâu đã kêu gọi việc tiêu chuẩn hóa tốt hơn. Terrance Barkan của Hội đồng Graphene đã viết: "Việc thiếu một tiêu chuẩn toàn cầu đã được thống nhất cho graphene và các vật liệu liên quan chặt chẽ tạo ra một khoảng trống và sự thiếu tin tưởng trên thị trường cho việc sử dụng vật liệu graphene ở quy mô công nghiệp."

Nhóm Sussex tiếp tục nghiên cứu và sẵn sàng kiểm tra chất lượng của graphene trên cơ sở tham vấn.

Hoàng Nam dịch

Theo Science Daily