Hóa học quanh ta
Videoclip Hóa học
Tra cứu Hóa học

Black-phosphorusCác nhà khoa học Ailen đã phát hiện phương pháp sản xuất các tấm nano phốtpho đen ở lượng lớn, qua đó mở ra một kỷ nguyên mới cho các thiết bị vi điện tử.

Trong những năm gần đây, vật liệu tinh thể hai chiều đã nổi lên như một trong những loại vật liệu mới đáng chú ý nhất. Các nhà khoa học vật liệu đã nỗ lực khảo sát những vật liệu này và phát hiện những tính chất độc đáo của graphen, nitrua bo, đisunphua molybden,…

Vật liệu mới trong nhóm vật liệu này là phốtpho đen, trong đó các nguyên tử phốtpho liên kết với nhau tạo thành các lá mỏng hai chiều với nhiều nếp nhăn. Năm 2014, các nhà nghiên cứu đã chế tạo một số bóng bán dẫn hiệu ứng trường bằng vật liệu phốtpho đen và biểu thị cho thấy chúng hoạt động rất tốt. Những kết quả nghiên cứu như vậy cho thấy phốtpho đen có thể mở ra tương lai mới cho các thiết bị điện tử cỡ nano.

Tuy nhiên, cho đến nay một cản trở lớn vẫn thách thức tiềm năng sử dụng của phốtpho đen trong công nghiệp, đó là vật liệu này rất khó sản xuất ở lượng lớn.
Mới đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Trinity Dublin, Ailen, cho biết họ đã giải quyết được cản trở đó.

Theo các nhà nghiên cứu, họ có thể sản xuất những lượng lớn các tấm nano phốtpho đen với kích thước có thể kiểm soát. Họ đã áp dụng khả năng mới này để khảo sát tiềm năng sử dụng phốtpho đen trong nhiều ứng dụng mới như cảm biến khí hoặc các bộ chuyển mạch quang học, thậm chí sử dụng nó để gia cố và tăng độ bền của vật liệu composit.

Phốtpho đen có thể được chế tạo với lượng lớn ở dạng vật liệu nhiều lớp, tương tự như graphit. Một trong những phương pháp đơn giản để tách riêng các lớp là phương pháp bóc tách, đơn giản là người ta sử dụng băng dính Scoth hoặc vật liệu khác để bóc ra từng lớp vật liệu. Nhưng đây là công việc rất tốn thời gian, sản lượng phốtpho đen thu được không cao, do đó hạn chế nhiều tiềm năng ứng dụng của vật liệu này.

Các nhà khoa học tại Đại học Trinity đã thử nghiệm một phương pháp khác. Họ đặt khối phốtpho đen trong dung môi lỏng, sau đó sử dụng sóng âm thanh để tác động, làm rung lắc vật liệu khiến cho các lớp phốtpho đen rơi rụng ra.

Kết quả là khối vật liệu phốtpho đen lớn đã tách rời thành nhiều tấm nano mà sau đó các nhà khoa học cho lọc bằng máy ly tâm để thu được các tấm có kích thước nhất định. Mỗi tấm nano chất lượng cao mà họ thu được chỉ có một vài lớp phốtpho đen. Theo họ, phương pháp bóc tách pha lỏng như trên là kỹ thuật hiệu suất cao để sản xuất các tấm nano ở lượng rất lớn.

Một nhược điểm lớn của các tấm nano phốtpho đen là chúng nhanh chóng bị phân hủy khi tiếp xúc với nước hoặc oxy. Vì vậy, một trong những kết quả quan trọng mà các nhà khoa học nói trên đạt được là họ đã dự báo và tìm ra một số dung môi nhất định có khả năng tạo vỏ sonvat hóa xung quanh tấm nano, qua đó ngăn không cho oxy hoặc các chất oxy hóa khác tiếp xúc với phốtpho.

Cụ thể, nhóm nghiên cứu đã sử dụng N-xyclohexyl-2-pyrolidon (CHP) làm dung môi, nhờ đó các tấm nano mà họ thu được đã bền một cách bất ngờ.
Ưu điểm nổi bật của phốtpho đen so với graphen là nó có khe dải năng lượng tự nhiên mà các nhà vật lý có thể khai thác để chế tạo các dụng cụ điện tử như bóng bán dẫn. Nhưng các nhà nghiên cứu Ailen cho biết, khả năng sản xuất các tấm nano phốtpho đen ở lượng lớn cho phép họ thử nghiệm nhiều ý tưởng khác về ứng dụng của vật liệu mới này.

Ví dụ, họ đã bổ sung các tấm nano phốtpho đen vào màng PVC, nhờ đó tăng gấp đôi độ bền và tăng gấp sáu lần độ dai của nó.

Các nhà nghiên cứu cũng đã xác định đáp ứng quang học phi tuyến tính của các tấm nano đối với xung laze bằng cách đo lượng ánh sáng được truyền đi. Kết quả cho thấy, lượng ánh sáng mà phốtpho đen hấp thụ giảm đi khi cường độ ánh sáng tăng – đây là tính chất được biết đến như hấp thụ bão hòa. Hơn nữa, về mặt này phốtpho đen còn tốt hơn graphen.

Cuối cùng, các nhà khoa học đã đo dòng điện đi qua các tấm nano phốtpho đen trong khi cho chúng chịu tác động của amoniăc. Họ nhận thấy điện trở của vật liệu mới tăng lên khi nó tiếp xúc với amoniăc, có thể là do amoniăc đã cung cấp điện tử để trung hòa các lỗ trống trong tấm phốtpho đen.

Phát hiện nói trên khiến cho phốtpho đen có thể trở thành tác nhân phát hiện amoniăc rất tốt. Các nhà khoa học cho biết, vật liệu này có thể phát hiện amoniăc với hàm lượng chỉ khoảng 80 phần tỉ (ppb).

Những kết quả trên đánh dấu một bước thay đổi đáng chú ý trong các nghiên cứu liên quan với phốtpho đen. Nhiều người hy vọng phốtpho đen sẽ có những đặc điểm độc đáo như graphen. Nhưng nếu vật liệu này chỉ xuất sắc bằng một nửa như graphen thì nó cũng đã có một tương lai đầy sán lạn.

Hoahocngaynay.com

Nguồn Vinachem/MIT

Hits smaller text tool iconmedium text tool iconlarger text tool icon

Comments powered by H2N2

Tin liên quan:
Tin mới hơn:
Tin cũ hơn:

DANH MỤC TÀI LIỆU

Phostpho đen - vật liệu kỳ diệu mới