THỤY ĐIỂN – Vàng là nguyên liệu đóng vai trò quan trọng trong công nghệ tiên tiến hiện đại nhờ vào những đặc tính độc đáo. Một nghiên cứu mới đây đã chứng minh rằng việc thay đổi cấu trúc vật lý, tức hình thái học của vật liệu, có thể cải thiện một cách cơ bản cả đặc tính điện tử (electronic behaviour) lẫn khả năng tương tác với ánh sáng của nó.

Ông Tlek Tapani, một trong những nhà khoa học dẫn đầu nghiên cứu và là nghiên cứu sinh tiến sĩ tại khoa vật lý thuộc đại học Umeå (Umeå University), chia sẻ: “Điều này có thể giúp nâng cao hiệu suất của các phản ứng hóa học, chẳng hạn như những phản ứng được sử dụng trong sản xuất hydro hoặc thu giữ carbon”.

Các nhà nghiên cứu đã làm việc với vàng xốp nano (nanoporous gold) (*), một loại vật liệu được gọi là vật liệu siêu cấu trúc (metamaterial) (với các lỗ rỗng có kích thước từ 10 đến 50 nanomét) được chế tạo trong phòng thí nghiệm. Nhờ cấu trúc dạng xốp như bọt biển, vàng lỗ hổng nano sở hữu những đặc tính ưu việt hơn cho các ứng dụng kỹ thuật so với vàng khối thông thường.
(*) Vàng xốp cấu trúc nano: là vật liệu vàng có mạng lưới lỗ rỗng (pores), và khung kim loại (ligaments) ở kích thước nano.

Tại phòng thí nghiệm laser, nhà khoa học Tlek Tapani và Nicolò Maccaferri đang thử nghiệm cách các cấu trúc xốp giúp vàng hấp thụ nhiều năng lượng ánh sáng hơn so với vàng thông thường

Nhóm nghiên cứu quan sát thấy một lớp màng mỏng vàng lỗ hổng nano tương tác với ánh sáng theo những cách mà vàng khối không thể làm được. Bằng cách chiếu các xung laser cực ngắn vào “miếng xốp vàng” này, họ phát hiện ra rằng cấu trúc xốp cho phép vật liệu hấp thụ nhiều năng lượng ánh sáng hơn trên một quang phổ rộng hơn.

Kết quả là, các điện tích (electron) trở nên giàu năng lượng hơn đáng kể. Nhiệt độ electron trong màng nano xốp được ước tính gần 3200 K (tương đương 2.900°C), so với mức chỉ 800 K (tương đương 500°C) ở màng vàng không có cấu trúc được dùng làm đối chứng trong cùng điều kiện. Ngoài ra, các electron “nóng” này cũng mất nhiều thời gian hơn để hạ nhiệt và trở lại trạng thái ban đầu ở nhiệt độ phòng.

Ông Nicolò Maccaferri, tác giả chính của bài báo, nói rằng: “Nhiệt độ electron cao như vậy cho phép thực hiện các quá trình chuyển đổi do ánh sáng kích thích mà bình thường gần như không thể xảy ra. Điều thú vị là, thông qua các thí nghiệm hiển vi điện tử tiên tiến và quang phổ điện tử quang phát tia X (XPS – X-ray photoelectron spectroscopy experiments) tại đại học Umeå, chúng tôi đã có thể xác nhận rằng những đặc tính độc đáo này hoàn toàn do hình dạng vật lý của vật liệu thúc đẩy, chứ không do những thay đổi trong cấu trúc điện tử của bản thân vàng.”

Các thí nghiệm gợi mở rằng cấu trúc lỗ hổng nano có thể được sử dụng như một tham số thiết kế mới để chế tạo các vật liệu dùng trong công nghệ tiên tiến. Bằng cách thay đổi một cách hệ thống hệ số lấp đầy (tỷ lệ giữa vàng và không khí trong vàng lỗ hổng nano), các nhà nghiên cứu có thể điều chỉnh đặc tính điện tử không chỉ của vàng mà còn của các kim loại khác một cách có kiểm soát, từ đó giúp cải thiện hiệu suất của các phản ứng hóa học.

Để xem các tin bài khác về “Vàng”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Electronics Online