Các vật liệu được nghiên cứu gồm: Graphene, ống nanô các bon (CNTs) và nitrua bo lục giác (hBN).
Nhờ khả năng dẫn điện, dẫn nhiệt cao, độ bền cơ học tốt và diện tích bề mặt lớn, graphene, CNTs và hBN đang được nghiên cứu để phát triển cảm biến, thiết bị điện tử, pin lưu trữ năng lượng, vật liệu xử lý ô nhiễm và các giải pháp tản nhiệt.
Các nghiên cứu này được thực hiện trong khuôn khổ nhiệm vụ "Phát triển nhóm nghiên cứu xuất sắc hạng II về nghiên cứu chế tạo và ứng dụng vật liệu các bon nanô tích hợp với một số vật liệu liên quan" (mã số NCXS02.03/24-25), do nhóm nghiên cứu của PGS.TS. Nguyễn Văn Chúc triển khai.
Sau hai năm thực hiện, nhóm đã phát triển phương pháp bóc tách các tấm nanô graphene và hBN từ vật liệu khối bằng rung siêu âm công suất lớn và máy nghiền bi hành tinh (planetary ball mill). Đây là bước quan trọng nhằm tạo ra vật liệu có cấu trúc và đặc tính phù hợp với từng mục đích sử dụng.
Nhóm đồng thời nghiên cứu xử lý, biến tính bề mặt các vật liệu nanô nhằm tăng khả năng kết hợp với các vật liệu khác. Đáng chú ý, các nhà khoa học đã làm chủ quy trình gắn các hạt nanô vàng (Au) và bạc (Ag) lên CNTs, graphene và hBN, qua đó tạo ra các vật liệu tổ hợp đa chức năng.
Điểm đáng chú ý của nghiên cứu không chỉ nằm ở việc tạo ra các vật liệu mới mà còn ở khả năng xây dựng quy trình tương đối hoàn chỉnh, từ chế tạo, biến tính đến thử nghiệm ứng dụng. Đây là nền tảng để tiếp tục phát triển các công nghệ vật liệu phù hợp với nhu cầu thực tế.
Từ cảm biến môi trường đến công nghệ năng lượng
Một trong những hướng ứng dụng nổi bật của nghiên cứu là phát triển cảm biến phát hiện dư lượng thuốc bảo vệ thực vật. Từ vật liệu tổ hợp graphene, CNTs và nanô vàng, nhóm đã chế tạo các điện cực cảm biến có khả năng phát hiện dư lượng ở nồng độ cỡ phần tỷ (ppb).
Kết quả này có ý nghĩa trong giám sát chất lượng nông sản, kiểm soát an toàn thực phẩm và phát triển các hệ thống phân tích nhanh với độ nhạy cao.
Trong xử lý môi trường, vật liệu tổ hợp graphene, hBN và TiO₂ được nghiên cứu cho quá trình quang xúc tác phân hủy các chất màu như Rhodamine B và Methylene Blue. Đây là những chất ô nhiễm có thể xuất hiện trong nước thải từ ngành dệt nhuộm, in ấn và một số hoạt động sản xuất công nghiệp.
Trong lĩnh vực năng lượng và điện tử, các vật liệu nanô được thử nghiệm trong pin lithium nhằm nâng cao hiệu suất tích trữ năng lượng, cải thiện độ ổn định của điện cực và phát triển màng dẫn điện trong suốt cho các linh kiện quang điện tử.
Một hướng nghiên cứu khác có tính thực tiễn cao là quản lý nhiệt. CNTs, graphene và hBN được sử dụng để phát triển kem tản nhiệt và chất lỏng tản nhiệt cho vi xử lý máy tính, chip LED công suất lớn. Đây là hướng có tiềm năng ứng dụng trong các thiết bị điện tử công suất cao, hệ thống chiếu sáng và những thiết bị đòi hỏi khả năng kiểm soát nhiệt hiệu quả.
Nhóm cũng nghiên cứu sử dụng CNTs, graphene và hBN để gia cường lớp phủ composite nền niken, hướng tới cải thiện cơ tính, khả năng chống mài mòn và độ bền của vật liệu trong điều kiện làm việc khắc nghiệt.
Theo PGS.TS. Nguyễn Văn Chúc, giá trị quan trọng của nghiên cứu là làm chủ công nghệ chế tạo và xử lý vật liệu, từ đó có thể tiếp tục phát triển nhiều ứng dụng khác nhau trong các lĩnh vực môi trường, năng lượng và điện tử.
Nghiên cứu về vật liệu các bon nanô đang mở ra một hướng đi quan trọng trong phát triển công nghệ vật liệu tại Việt Nam. Việc làm chủ công nghệ chế tạo, biến tính và tích hợp những vật liệu này không chỉ tạo ra các kết quả nghiên cứu có giá trị mà còn mở thêm cơ hội phát triển các giải pháp phục vụ tăng trưởng xanh, chuyển đổi năng lượng và nâng cao năng lực công nghệ trong tương lai.
Minh Khang
