Công nghệ vật liệu

Công nghệ vật liệu

CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

Sưu tầm từ trang: http://www.hoahocvietnam.com và http://vatlyvietnam.orgMục lục:

Tương lai tươi sáng cho màn hình OLED

Vật liệu ZIFs và những triển vọng ứng dụng trong tương lai

Tảo cát được chuyển thành phần tử Silic cảm biến

Từ túi nhựa tới tà vẹt đường sắt

Một hợp kim mới có thể làm tăng nhiệt độ của động cơ

Kính mát thông minh

Những sự kiện đáng nhớ nhất trong lịch sử ngành vật liệu học

Vật liệu hợp kim cho ngành công nghiệp hóa chất

Vật liệu nano với độ cứng kỷ lục

Plastic trở thành nhiên liệu trong tương lai

Tương lai tươi sáng cho màn hình OLED

Màn hình OLED có nhiều ưu điểm hơn so với màn hình tinh thể lỏng (LCD) thông

du ̣ng hiê ̣n nay Trong đó quan tro ̣ng nhất là ánh sáng từ các màn hình OLED đươ ̣cchiếu trư ̣c tiếp từ các polymer hữu cơ làm cho hình ảnh hiển thi ̣ sáng và trong hơn sovới bô ̣ phâ ̣n lo ̣c màu của các màn hình LCD Điều đó có nghĩa là các màn hình OLEDkhông cần ánh sáng nền, chúng tiêu thu ̣ ít điê ̣n hơn và có thể chế ta ̣o các màn hìnhmỏng hơn nhiều Thâ ̣m chí, các nhà khoa ho ̣c vâ ̣t liê ̣u hy vo ̣ng có thể in cả OLED trư ̣ctiếp lên các bề mă ̣t, hay dùng để chế ta ̣o các bóng đèn huỳnh quang rẻ tiền hơn

Tuy nhiên, để khai thác có hiê ̣u quả ánh sáng phát ra từ các polymer thì cần cóthêm mô ̣t lớp phát xa ̣ làm từ vâ ̣t liê ̣u có lân quang Mă ̣t khác sư ̣ chuyển đổi phóng xa ̣này còn giúp giảm lãng phí, thay vì chuyển thành ánh sáng bình thường thì nó làmtăng đô ̣ sáng và sư ̣ trong suốt của hình ảnh

OLED có thể ta ̣o ra hàng loa ̣t tia sáng với màu sắc ấn tươ ̣ng

Vâ ̣t liê ̣u phù hơ ̣p nhất cho mu ̣c đích này chính là phức chất Iridi (III) với các phối tử

ma ̣ch vòng có cấu trúc lớn, giúp đảm bảo đô ̣ bền, thời gian đáp ứng nhanh và truyxuất đươ ̣c các màu sắc trong vùng quang phổ nhìn thấy Tuy nhiên sản xuất ra loa ̣iphức chất này đòi hỏi nhiê ̣t đô ̣ cao hay cần có chất xúc tác đắt tiền, và viê ̣c tráng chấtnày lên polymer hữu cơ là mô ̣t quá trình phức ta ̣p Điều này đã ha ̣n chế viê ̣c dùng

OLED trên các ứng du ̣ng nhỏ như điê ̣n thoa ̣i di đô ̣ng.

Giờ đây, mô ̣t đô ̣i nghiên cứu do Biao Wang dẫn đầu ta ̣i trường đa ̣i ho ̣c Sun Yat-Sen,thuô ̣c Quảng Châu (Trung Quốc) đã có thể giải quyết đươ ̣c vấn đề, bằng cách pháttriển mô ̣t loa ̣i phức chất Iridi mới vừa dễ chế tao la ̣i vừa dễ tan, ta ̣o ra khả năng có thểphun nó lên các bề mă ̣t Bí quyết của tính tan nằm ở viê ̣c cho ̣n phối tử là các phenol

ta ̣o ra sư ̣ cản trở về mă ̣t không gian Các nhà nghiên cứu cho biết phức chất của ho ̣gồm có nguyên tử Iridi kết hơ ̣p với ba phối tử là dẫn xuất của phthalazine, chất này đãđươ ̣c tổng hơ ̣p mô ̣t cách tình cờ từ Iridi clorua trong điều kiê ̣n êm di ̣u và không cóxúc tác Phát hiê ̣n này có thể làm đơn giản hoá quá trình sản xuất, giảm giá thànhOLEDs, từ đó có những ứng du ̣ng rô ̣ng rãi hơn trong tương lai

“Đây là mô ̣t hơ ̣p chất thú vi ̣ và kết quả thu đươ ̣c rất tốt.” Nhà nghiên cứu về OLED ta ̣i

đa ̣i ho ̣c Nam California, Mark Thompson nhâ ̣n xét “Chúng tôi sẽ tiếp tu ̣c nghiên cứuvà tràn đầy hy vo ̣ng là có thể chế ta ̣o đươ ̣c những màn hình OLED có kích thước lớnhơn.”

Thu Hà (theo RSC)

hoahocvietnam.com

Vật liệu ZIFs và những triển vọng ứng dụng trong tương lai

Gần đây nhóm nghiên cứu của giáo sư O M Yaghi thuộc trường Đại họcCalifornia ở Los Angeles đã tổng hợp thành công một loại vật liệu mới có khả nănglưu giữ một lượng đáng kể CO2-loại khí chủ yếu gây nên hiệu ứng nhà kính, phát thải

ra do quá trình sử dụng nhiên liệu hóa thạch của các ngành công nghiệp và cácphương tiện giao thông

Vật liệu này được nhóm tác giả đặt tên là ZIFs được tạo thành từ mạng lưới là cácnguyên tử kim loại chuyển tiếp (M) (đặc biệt là kẽm và coban) liên kết với nhau bằngcác cầu nối là các phân tử hữu cơ imidazol (IM)

Các nguyên tử kim loại và imidazol liên kết với nhau theo kiểu liên kết tứ diện, tạothành góc liên kết M-IM-M gần bằng 145o, tương tự như góc liên kết Si-O-Si thườngthấy trong các zeolit

Nhóm nghiên cứu cùng Giáo sư Omar M Yaghi tại phòng thí nghiệm

Từ trái qua phải: Rahul Banerjee, UCLA postdoctoral research scholar in

chemistry; Anh Phan, UCLA graduate student in chemistry; and Bo Wang, UCLA graduate student in chemistry.

Đã có 25 loại tinh thể ZIFs được tổng hợp, tất cả chúng đều có cấu trúc khung tứ diện

mở Do có cấu trúc như thế nên ZIFs có độ xốp rất lớn với diện tích bề mặt riêng lênđến 1970 m2/gam và đường kính mao quản lên đến 10Å Một số ZIFs thể hiện khảnăng lưu giữ đặc biệt đối với khí CO2, một lít vật liệu ZIF-69 có thể lưu giữ được 83 lítCO2 ở nhiệt độ 0oC dưới áp suất thường

Theo giáo sư Yaghi, sở dĩ ZIFs có khả năng lưu giữ được một lượng lớn CO2 là do cácvòng benzen trong cấu trúc giống như những chiếc van khóa lấy các phân tử CO2trong mao quản Mặt khác, các nguyên tử cacbon của phân tử CO2 một phần mangđiện tích dương dễ dàng kết hợp với nguyên tử nitơ của imidazol trong cấu trúc mangdiện tích âm

ZIF

Cấu trúc của vật liệu ZIFs

Ngoài ra, do độ bền nhiệt của ZIFs có thể lên đến 390oC và là loại vật liệu rắn, dễ thuhồi và tái sử dụng sau khi dùng nên ZIFs còn có nhiểu triển vọng ứng dụng như: dùng

để tách hỗn hợp các hydrocacbon khác nhau, lưu trữ hydrogen và các ứng dụng khác

Như vậy, với những tính chất này ZIFs sẽ là vật liệu được dùng để xử lý khí CO2 gópphần làm giảm hiệu ứng nhà kính nguyên nhân gây nên sự ấm dần lên của khí hậu tráiđất Ngoài ra, nó còn có nhiều triển vọng ứng dụng trong lĩnh vực xúc tác, hóa dầu vànhiều lĩnh vực liên quan khác

Khương Trung Thủy

hoahocvietnam.com

Tảo cát được chuyển thành phần tử Silic cảm biến

Việc tách rời các nguyên tử silic và oxy cần nhiệt độ cao của lò điện hồ quang lõithan, và số lượng lớn gỗ, than củi hay than đá Tại nhiệt độ khoảng 2000oC, carbon ởnhiệt độ cao khử các hợp chất silic thành silic lỏng, khi làm lạnh sẽ thu được silic tinhkhiết 98% Nếu được tinh chế thêm có thể cung cấp silic siêu tinh khiết cho ngànhcông nghiệp điện

Nhưng ở nhiệt độ khoảng 650oC, Sandhage và nhóm của ông nhận thấy rằng hơiMagiê có thể khử lớp vỏ thủy tinh phức tạp của tảo cát đã chết thành hỗn hợp Oxytsilic và Oxyt magiê Sau đó tan ra trong Axit clohydric, còn lại silic tinh khiết có cấutrúc nano mà cấu trúc này có hình dạng đường vân rất đẹp là bản sao chính xác của

vỏ tảo cát ban đầu

Nó là một chất khí

Nhóm Atlanta cho rằng với cấu trúc có diện tích bề mặt lớn và lỗ xốp hở 3 chiềunhững bản sao silic của vỏ tảo cát này có thể khiến chúng trở thành những phần tửcảm biến khí cực nhỏ vô cùng lý tưởng Người ta đã kiểm tra bằng cách gắn điện cựcplatin vào một vỏ tảo silic, và áp một điện thế nhỏ Không giống như Oxyt silic cáchđiện, silic là một loại bán dẫn có thể truyền dòng điện với lượng biến đổi

Cho cấu trúc tiếp xúc với dòng khí của khí mang Argon có chứa Oxyt nitơ (NO)với dòng khí thổi qua cấu trúc vỏ giảm đi rõ rệt Phần tử cảm biến có thể phát hiện ra

dễ dàng những thay đổi nồng độ của NO nhỏ chỉ đến vài phần triệu, thời gian phảnứng lại và hồi phục của phần tử cảm biến cũng nhanh hơn nhiều so với các cảm biếntương đương được chế tạo từ các bánh silic xốp thường có các lỗ xốp phẳng.

Một bản sao silic của bộ khung tảo cát còn lại sau khi rửa sạch Oxyt magiê

Nhóm Atlanta còn tìm thấy rằng vỏ tảo silic phát quang mạnh dưới tia sáng cực tímnếu trước đó nó được oxy hóa một phần do ngâm trong nước trong 40 ngày Việc nàyđặt nền tảng cho các phần tử cảm biến khí khác vì sự phát quang từ tinh thể silic nanorỗng bị ảnh hưởng bởi sự có mặt của một lượng rất nhỏ các khí: nó giảm đi khi găpmêtan, và tăng lên với carbon monoxide

Nhóm làm việc gợi ý rằng vỏ tảo silic cũng có thể sử dụng trong pin Diện tích bềmặt lớn, thành mỏng, và lỗ bề mặt dễ tiếp cận làm cho vỏ tảo silic 3 chiều có tốc độtruyền dẫn ion Liti cao và mật độ năng lượng đáng kể; biến nó thành vật liệu làm điệncực lý tưởng trong pin Liti, Sandhage nói

Cuối cùng, vỏ tảo silic cũng có thể nâng cao hiệu quả của phương pháp sắc kýlỏng hiệu suất cao (HPLC) trong viêc tách và tinh chế phân tử sinh học “Những lỗrỗng thông nhau và độ bền hóa học của chúng cho phép cột áp suất HPLC thấp hơnhay cao hơn để đạt thời gian tách nhanh nhất”, Sandhage nói

Minh Giang

(Theo Lionel Milgrom, RSC)

hoahocvietnam.com

Từ túi nhựa tới tà vẹt đường sắt

Theo lời của Patrick Walter viết trong tạp chí "Chemistry & Industry" của SCI, tàvẹt đường sắt được làm từ chất dẻo phế liệu, kể cả những mảnh vụn của miếng chắnôtô và thùng máy vi tính tái sinh, có thể sắp được tìm thấy trên các tuyến đường sắt tạivương quốc Anh

Công ty Micron của Anh đã sản xuất tà vẹt từ phế liệu polystyrene và polyethylene

Họ đã tiếp cận với Network Rail, nhà điều hành các tuyến đường sắt Anh quốc choviệc thiết lập quan hệ đối tác Polystyrene thường được dùng làm các tách cafe dùngmột lần rồi bỏ, còn polyethylene thường có trong các màn treo và túi xách Các thanh

tà vẹt làm từ các vật dụng này nên sở hữu được độ bền có khả năng hàng thế kỷ Điềunay so sánh với độ bền chỉ vài chục năm nếu làm từ gỗ hoặc bê tông

Chất liệu gỗ và bê tông có những bất lợi Tà vẹt làm từ bê tông nặng và dễ nứt vỡ,cũng như tà vẹt làm từ gỗ thì đòi hỏi phải được bảo trì và xử lý hóa chất để chống mụcrữa Những kiểm tra về các thông số kỹ thuật cho thấy tà vẹt làm từ chất dẻo cũngkhông thua kém làm từ bê tông Vì thế, tà vẹt làm từ chất dẻo có đủ khả năng thay thếcho các vật liệu khác Chi phí cho việc bảo trì đường sắt và hệ thống tàu điện ngầm do

đó cũng giảm, giúp Network Rail đạt tới mục tiêu sử dụng 23% vật liệu tái sinh vàonăm 2012 Tà vẹt mới đã được kiểm tra và ứng dụng tại bang India, nơi có dự án sảnxuất của Micron

Khánh Vân

(Theo Society of Chemical Industry)

hoahocvietnam.com

Một hợp kim mới có thể làm tăng nhiệt độ của động cơ

Những nhà khoa học về đo lường tại Phòng Thí nghiệm Vật lý Quốc gia Anh Quốcvừa làm giảm sự thiếu chính xác trong bộ phận cảm biến nhiệt điện ở các mức nhiệtcao Điều này cho phép nhà máy sản xuất có thể cải thiện được hiệu suất, làm giảm sựlãng phí trong khi hoạt động của các loại động cơ và làm giảm sự toả nhiệt của tên lửa

Ở động cơ tên lửa, khi nhiệt độ càng lên cao thì hiệu năng làm việc của nó caohơn Nhưng điều này yêu cầu động cơ nhiệt phải đạt đến hơn 1300 độ C Nếu nhiệt độchênh lệch quá nhiều so với nhiệt độ tiêu chuẩn, động cơ rất có thể sẽ không hoạtđộng

Vật liệu của máy cảm biến được sử dụng sẽ chảy ra ở một nhiệt độ nóng chảy nào đó(nhiệt độ chuẩn - cố định), nhưng thực tế vật liệu chỉ cho phép một vùng nhiệt độ nào

đó, bắt buộc động cơ nhiệt phải có vùng dao động nhiệt thấp hơn so với nhiệt độchuẩn

Sử dụng một loại hợp kim mới, các nhà khoa học của Phòng Thí Nghiệm Vật Lí đãphát hiện ra một vùng nhiệt độ chuẩn cho phép bộ phận cảm biến vượt qua ngưỡng

1100 độ C Với sự đóng góp rất đáng tin tưởng này vào bộ phận cảm biến nhiệt độ,những nhà sản xuất được mong chờ để bắt đầu cải tiến động cơ làm nóng và giảm sựlãng phí trong suốt quá trình hoạt động của động cơ ở nhiệt độ cao

Dương Lưu soạn dịch

Theo National Physical Laboratory UK

hoahocvietnam.com

Kính mát thông minh

Dành cho các hoạt động ngoài trời thì một cặp kính mát là rất cần thiết Vậy sẽ nhưthế nào nếu bạn có thể thay đổi màu của kính mát bất cứ lúc nào bạn thích? Nếu hômqua, cặp kính là màu xanh dương, hôm nay có thể đổi sang màu xanh lá cây và ngàymai bạn có thể đổi sang màu đỏ Nếu quá chói mắt, bạn có thể thêm mực màu tối vàokính Nếu không đủ sáng, mực nhuộm kính có thể được bớt lại hay thậm chí có thểđược bỏ đi để cặp kính trở lại trong suốt Không cần thiết trạng thái là như thế nào, nókhông thú vị sao khi bạn có thể chọn màu sắc cho cặp kính của mình một cách nhanhchóng?

Giờ đây, với kết quả nghiên cứu của nhà hóa học về polymer Chunye Xu và đồng

sự của cô tại đại học Washington, một mẫu kính mát đã chứng tỏ những chức năngthay đổi màu sắc và độ mờ trên Nguyên mẫu đã được giới thiệu tại hội nghị của HộiHóa Học Hoa Kỳ ở Chicago vào tháng 3 năm

Nguyên liệu vận hành được dùng trong nguyên mẫu là một polymerelectrochromic tồn tại ở trạng thái trong suốt hoặc có màu tùy thuộc vào trạng thái oxyhóa khử của nó Thiết kế của cặp kính mang đến thuận lợi cho việc điều khiển mức

độ thay đổi màu tạo hiệu ứng sáng tối cho cặp kính Màu kính hiện tại (xanh dương,

đỏ, xanh lá cây) tùy thuộc vào polymer cụ thể được sử dụng và bây giờ cặp kính chỉdùng một loại polymer (xanh dương) đang được nghiên cứu Trong tương lai, nghiêncứu sẽ kết hợp nhiều loại polymer để tạo ra tùy chọn về việc thay đổi màu sắc, Xuphát biểu

Mẫu kính của Xu có thể thay đổi từ không màu thành xanh dương đậm trong vài giây.Cấu tạo nhiều lớp bao gồm một lớp electrochromic polymer và một lớp vanadiumoxide với một lớp gel electrolyte kẹp giữa hai lớp trên

Lớp gel bên trong cho phép sự di chuyển thuận nghịch của các ion chuyển giữa lớp

vanadium oxide và lớp electrochromic polymer Một pin đồng hồ cung cấp điện năngcho hệ thống làm cho các ion chuyển theo một hướng và ngược lại Dựa trên chiều củađiện thế, các ion chuyển động tạo ra hoặc sự oxy hóa hoặc sự khử của electrochromicpolymer Bị oxy hóa, polymer trở thành trong suốt, còn khi bị khử, polymer chuyểnsang màu xanh dương Độ đậm nhạt của màu sắc có thể được điều khiển bằng cường

độ điện thế được cung cấp

Xu nhấn mạnh rằng mẫu kính của cô khác biệt đáng kể với những kính đổi màu cótrên thị trường hiện nay Một khác biệt rõ ràng là những cặp kình đổi màu chuyển đổimột cách thụ động dựa vào tia cực tím và không thể điều chỉnh bằng tay "Những cặpkính của chúng tôi hoàn toàn chủ động, không bị động", Xu nói "Chúng chủ độngtrong việc được điều khiển bởi người sử dụng"

Xu cũng cho rằng thời gian cần thiết để những electrochromic polymer chuyển đổimàu sắc là cực nhanh với chỉ khoảng 1 đến 2 giây Những vật liệu vô cơ dùng trongkính mát hiện nay đổi màu chậm hơn rất nhiều

Thuận lợi cuối cùng, theo Xu, là hệ thống electrochromic polymer đòi hỏi năng lượngchỉ trong khoảng thời gian rất ngắn khi người dùng muốn đổi màu kính Thêm vào

đó, năng lượng cần đến rất thấp, do đó chỉ một cục pin đồng hồ có thể cung cấp nănglượng cho cả ngàn lần đổi màu của kính

Trong khi chờ được cấp bằng sáng chế, nhóm đang hướng đến việc đưa ra thị trườngcông trình này trong một hay hai năm tới

Uyên Chi soạn dịch

Theo ACS

hoahocvietnam.com