Graphene là gì?

Có rất ít vật liệu được coi là siêu vật liệu, để được công nhận như vậy bạn cần có một số tính năng khá nổi bật. Graphene là một vật liệu tương đối được phát hiện gần đây có một số đặc điểm thú vị như độ bền và nhẹ của nó. Các nhà khoa học và nhà nghiên cứu đang làm việc chăm chỉ, nghiên cứu các kỹ thuật mới để sản xuất graphene và khám phá các ứng dụng tiềm năng của nó.

Graphene là một dạng thù hình, hoặc dạng thù hình nhân tạo của cacbon. Nó bao gồm một cấu trúc lục giác giống như trong than chì, nhưng nó là một tấm chỉ dày một nguyên tử nên nó cực kỳ nhẹ. Về mặt kỹ thuật, các tấm nhiều lớp vẫn được gọi là graphene cho đến khi có khoảng 30 lớp, sau đó nó được gọi là graphite.

Trong cấu trúc lục giác mà graphene sử dụng, ba trong số bốn điện tử có sẵn của nó để tạo liên kết sigma mạnh với ba nguyên tử carbon khác. Electron cuối cùng có thể di chuyển tự do trên toàn bộ tấm graphene. Điện tử tự do trên mỗi nguyên tử cacbon làm cho graphene dẫn điện và nghiên cứu đã chứng minh rằng nó có thể dẫn điện hơn đồng. Các liên kết ba bền làm cho graphene khó bị phá vỡ đến mức nếu bạn làm một tấm thép dày tương đương, graphene sẽ cứng hơn 100 lần so với thép mạnh nhất.

Chỉ 2,3% ánh sáng quang học bị hấp thụ, làm cho graphene gần như trong suốt, điều này chủ yếu là do nó chỉ dày một nguyên tử.

Sức mạnh tổng hợp, trọng lượng và độ trong suốt của graphene đã được minh họa trong giải Nobel mà hai nhà nghiên cứu tiên phong đã được trao vào năm 2010. Một tấm graphene một mét vuông, nếu được tạo thành một chiếc võng, sẽ có thể nâng đỡ một con mèo nặng 4 kg, trong khi gần như hoàn toàn trong suốt và chỉ nặng bằng một chiếc râu của con mèo ở mức 0,77 miligam.

Nghiên cứu về graphene đang được thực hiện trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác nhau như y học, điện tử và môi trường. Một trong những yếu tố hạn chế chính đối với các ứng dụng thương mại trong lịch sử là chi phí. Tuy nhiên, trong thập kỷ kể từ khi nó được tạo ra lần đầu tiên, chi phí sản xuất graphene đã giảm đáng kể, có nghĩa là các ứng dụng thương mại đang bắt đầu xuất hiện.

Một trong những ngành công nghiệp quan trọng mà một ngày nào đó, người tiêu dùng sẽ thấy graphene tạo ra sự khác biệt sẽ là pin. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng graphene sẽ có thể lưu trữ một lượng lớn năng lượng trong các gói nhỏ hơn và nhẹ hơn so với các loại pin lithium hiện tại có thể sạc trong vài phút chứ không phải hàng giờ. Pin Graphene cũng có thể linh hoạt, cho phép dễ dàng cuộn hoặc tạo thành các hình dạng khác nhau.