 |
|
Ống nano carbon giữa các phân tử carbon khác. |
Ống nano carbon được phát hiện năm 1991, khi nhà khoa học Nhật Bản Sumio Lijima theo dõi các loại bụi hình thành trong bình phóng điện hồ quang, trong quá trình sản xuất fulơren. Đó là một dạng mới của phân tử carbon, giống như một cái ống đường kính cỡ nanomét (1 nm = một phần tỷ mét) và chiều dài khoảng 100 nm. Chúng gồm các nguyên tử carbon sắp xếp theo liên kết cộng hoá trị rất bền.
Tuy nhiên, cấu trúc các nguyên tử trong không gian có khác nhau ít nhiều. Cũng là nguyên tử carbon, nhưng sắp xếp theo kiểu liên kết tứ diện đều thì sẽ có cấu trúc kim cương trong suốt, không dẫn điện. Ngược lại, liên kết theo kiểu graphít (lục lăng) thì tinh thể lại có màu đen, dẫn điện tốt... Điều đó giải thích vì sau ống nano carbon khi thì là chất cách điện, khi thì dẫn điện hoặc bán dẫn.
Sau đây là một vài ứng dụng cụ thể của ống nano carbon:
Chứa hydro và làm pin nhiên liệu
Lâu nay, ôtô chạy xăng gây ô nhiễm nghiêm trọng buộc các nhà khoa học phải tìm đến các nguồn nhiên liệu sạch hơn, trong đó có hydro: rất dễ kiếm và hoàn toàn không độc hại. Tuy nhiên, việc chứa hydro lỏng trong các bình áp suất cao thường rất cồng kềnh và nguy hiểm.
Giải pháp có tính đột phá là dùng ống nano carbon rỗng, có đường kính gấp 2-3 lần đường kính nguyên tử hydro. Các nhà nghiên cứu tin rằng, hydro có thể chui vào trong ống, cũng như vào khoảng trống giữa các ống. Lượng hydro hấp thụ phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ, nên về nguyên tắc, người ta có thể thay đổi áp suất hoặc nhiệt độ, rồi bơm hydro vào để chứa, hay đẩy hydro ra để sử dụng. Vấn đề hiện nay là phải tìm ra các loại ống nano carbon chứa được nhiều hydro. Ngoài ta, người ta cũng cần vật liệu với tỷ lệ ống nano carbon cao, không lẫn với nhiều loại bụi than khác. Và tất nhiên, giá thành cũng rất quan trọng.
Ý tưởng dùng ống nano carbon chứa hydro để làm pin nhiên liệu cũng được quan tâm không kém. Với các phương tiện như máy ảnh, điện thoại, máy tính xách tay, xu thế hiện nay là dùng pin nhiên liệu, giúp người ta không phải nạp lại bằng cách cắm điện, mà chỉ việc đổ nhiên liệu vào.
Trong các loại pin nhiên liệu, pin sử dụng hydro có nhiều triển vọng nhất, và vật liệu tốt nhất để làm pin này là ống nano carbon. Mới đây, nhóm khoa học Terry Baker, Đại học Northeatern (Mỹ) cho biết, họ có thể chế tạo pin nhiên liệu với mật độ năng lượng 17.000 Wh/kg. Theo đó, nửa lít vật liệu làm từ ống nano carbon có thể đủ để một máy tính xách tay hoạt động liên tục trong một tháng.
Đèn hình ống nano carbon
Đèn hình ống phổ biến hiện nay là đèn ống tia điện tử. Nguyên tắc hoạt động của nó là, khi dây vonphơram bị đốt nóng, các điện tử sẽ phát ra ở tụ tiêu, tăng tốc, đập vào màn hình (có tráng lớp phốt pho ở mặt trong). Điện tử năng lượng cao (được tăng tốc bằng điện thế hàng chục nghìn vôn) sẽ kích thích phốt pho tỏa sáng.
Các loại đèn hình này khá cồng kềnh, phải có chân không, điện thế cao, tiêu thụ nhiều điện, không bền. Còn các loại màn hình tinh thể lỏng gọn hơn, tiêu thụ ít điện hơn, nhưng độ sáng không cao, hoạt động chậm, giá đắt. Ống nano carbon có những tính chất đặc biệt có thể khai thác làm đèn hình tốt hơn. Hãng Samsung tuyên bố, sẽ sớm đưa ra thị trường loại đèn hình dẹt, sử dụng dụng ống nano carbon. Đèn sẽ cho màu sắc đẹp không kém gì đèn hình ống tia điện tử nhưng chỉ tiêu thụ chưa đầy một phần mười điện năng.
Gần đây, hãng Ise Electrics (Nhật Bản) mới chế tạo một loại bóng đèn màu (6 màu) từ ống nano carbon, sáng gấp đôi đèn màu thông thường. Tuổi thọ của loại đèn mới rất cao, và tiêu thụ năng lượng ít hơn 10 lần so với đèn cũ.
Transistor trường bằng ống nano carbon
Trong công nghệ điện tử bán dẫn, transistor trường có một vai trò quan trọng, đặc biệt để khuyếch đại các tín hiệu yếu, giúp đóng mở các mạch logic trong các bộ vi xử lý. Trước đó, transistor trường chế tạo trên silic có tốc độ chậm và giá thành cao. Thay cho loại này, nhóm nghiên cứu của IBM đã chế tạo một transistor trường bằng ống nano carbon, làm việc tin cậy hơn và tiêu thụ ít năng lượng hơn. Về lý thuyết, loại transistor làm bằng ống nano có thể đóng mở với tốc độ nhanh hơn gấp nghìn lần so với tốc độ ở các bộ vi xử lý hiện nay.
(Theo KH&ĐS)