 |
|
Một cấu trúc fractal trên bề mặt vật liệu. |
Than hoạt tính, không khác than củi mà bạn dùng trong các buổi dã ngoại để nướng thịt là bao nhiêu, giữ một vai trò quan trọng trong công nghiệp như lọc khí, khử chất độc và tinh lọc đồ uống...
Để tạo ra than hoạt tính, người ta đốt cháy các vật liệu có nguồn gốc thực vật như hạt oliu hay vỏ dừa. Sau đó, thu thập than và luyện ở nhiệt độ 750 độ C trong hơi nước. Bình thường nước có thể dập tắt lửa, nhưng trong trường hợp này, nước lại giúp duy trì ngọn lửa bằng cách cung cấp ôxy để đốt cháy carbon trên bề mặt.
Điều thú vị là cục than không cháy từng lớp từng lớp, từ ngoài vào trong, hay bị khoét lỗ trên bề mặt, mà bị ăn mòn từ từ. Khi vết ăn mòn này vươn tới các bức ngăn giữa những khoang rỗng của cục than, thì các bức ngăn này sẽ bị phá vỡ. Và quá trình ăn mòn mới lại bắt đầu từ bề mặt khoang rỗng đó. Kết quả, tạo ra các ống li ti với đường kính đều đặn 2 nanomét, mang cấu trúc fractal.
Nghiên cứu bằng tia X cho thấy, diện tích bề mặt các ống li ti này tăng lên theo kích thước của cục than với một lũy thừa gần bằng 3. (Bề mặt của một cục nước đá chỉ tăng lên theo kích thước của nó theo lũy thừa 2). Các phép tính chi tiết bằng mô hình máy tính cho thấy, trong mỗi gam than hoạt tính, tổng diện tích bề mặt các ống li ti này là 1.000 mét vuông!
Việc hiểu biết cấu trúc không gian của than hoạt tính giúp các nhà khoa học tưởng tượng ra những ứng dụng da dạng hơn, như dùng nó để chứa nhiên liệu. Ví dụ, chứa khí metan, vì phân tử metan có thể len lỏi vào các ống nano của than hoạt tính do tương tác lưỡng cực điện. Nhờ đó, người ta không cần đến một áp suất lớn tới 200 atmosphere như ở các bình chứa khí metan bằng kim loại.
Nguyễn Xuân Sơn (theo Physics News Graphics)