Ý – Một nhóm nghiên cứu do Francesco Greco, Phó giáo sư kỹ thuật sinh học tại Trường Nghiên cứu Nâng cao Sant’Anna (Sant’Anna School of Advanced Studies) ở thành phố Pisa (miền Trung nước Ý), đã biến mực màu đỏ của bút lông dầu thành mạch điện dựa trên vật liệu graphene (1). Nghiên cứu được công bố trên tạp chí khoa học Advanced Science, là kết quả của sự hợp tác giữa Trường Sant’Anna, Đại học Công nghệ Graz (Graz University of Technology), CSGI – Trung tâm Khoa học keo và bề mặt (CSGI – Center for Colloid and Surface Science), Đại học Florence (University of Florence) và Viện Công nghệ Ý (Istituto Italiano di Tecnologia). (1) Graphene: là vật liệu được chiết xuất từ than chì và được tạo thành từ carbon nguyên chất. Graphene nổi bật vì độ bền, dẻo, nhẹ và có khả năng chịu lực cao. Vật liệu này có khả năng chịu lực gấp 200 lần so với thép và nhẹ hơn nhôm năm lần.
Phó giáo sư Francesco Greco đã nói rằng: “Việc chiếu một chùm tia laser qua mực sẽ biến mực thành một dạng carbon xốp và dẫn điện được gọi là ‘laser-induced graphene’ (LIG) (tạm dịch là ‘graphene cảm ứng laser’). Cho đến nay, chúng tôi tin rằng chỉ có thể thu được LIG từ các vật liệu nhựa và polyme, và điều này phần nào hạn chế các ứng dụng của nó. Mặt khác, mực hoặc sơn có thể được sử dụng dễ dàng và ở bất cứ đâu, để phủ lên các vật thể khác. Chúng cũng là một giải pháp thay thế có lợi về mặt kinh tế”.
Từ mực đến graphene: vai trò của thuốc nhuộm eosin Nghiên cứu này xuất phát từ một vật dụng hàng ngày: một bút lông dầu màu đỏ thông thường, có thể tìm thấy tại các cửa hàng văn phòng phẩm. Bút lông dầu màu đỏ chứa một loại thuốc nhuộm đặc biệt gọi là eosin, với cấu trúc hóa học tương tự như graphene và độ ổn định nhiệt độ cao.
Người đầu tiên nhận thấy đặc điểm riêng biệt của thuốc nhuộm eosin là ông Alexander Dallinger, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Viện Vật lý trạng thái rắn (Đại học Graz). Ông Alexander đã quan sát và nhận thấy sự chuyển đổi của mực khi được chiếu tia laser.
Ông Alexander chia sẻ: “Khám phá ban đầu diễn ra một cách tình cờ. Tôi đã thử viết bằng tia laser trên các vật liệu khác nhưng không thành công: không có vật liệu nào trong số chúng chuyển thành graphene dẫn điện. Tôi đã viết tên của nó lên một trong các mẫu bằng bút lông dầu màu đỏ để nhận dạng. Do ngẫu nhiên, chùm tia laser đã đi qua chữ viết: ngay tại thời điểm đó, tôi thấy một vệt đen xuất hiện. Tò mò, tôi đã ngay lập tức phân tích nó: vệt đen đó dẫn điện và nó là graphene! Điều này dẫn đến nhiều câu hỏi: mực đánh dấu được làm bằng gì? Tại sao loại bút lông dầu đó lại có tác dụng còn những loại khác thì không? ‘Thành phần bí mật’ là gì? Những câu hỏi này là điểm khởi đầu cho toàn bộ nghiên cứu và những khám phá dẫn đến cuộc nghiên cứu này”.
Phương pháp ‘Paint & Scribe’: có thể tạo ra mạch điện trên bất kỳ bề mặt nào Để chuyển màu thành mạch điện, những bước đầu tiên mà nhóm nghiên cứu thực hiện là xác định thiết kế của mạch điện tử trên máy tính và theo dõi màu trên bề mặt mà họ lựa chọn (ví dụ như có thể là một tờ giấy, một tách cà phê hoặc một cặp kính). Sau khi những hành động này được xác định, một máy laser sẽ theo dõi thiết kế do máy tính tạo ra trên bề mặt có màu. Khi tiếp xúc với tia laser, thuốc nhuộm eosin được chuyển đổi hóa học thành graphene, một vật liệu dẫn điện.
Phó giáo sư Francesco Greco nói tiếp: “Phương pháp này, được gọi là ‘Paint & Scribe’, tích hợp một mạch điện dựa trên graphene trên bất kỳ bề mặt nào, được tạo ra bởi tia laser: sơn một vật thể, sau đó chiếu tia laser qua vật thể đó và có được một mạch điện. Đây là một hệ thống cải tiến khi xét đến hiện tại, các mạch điện dựa trên graphene chỉ có thể thu được trên các tiền chất polyme”.
Sự kết hợp ngẫu nhiên có ý nghĩa Phó giáo sư Rodorico Giorgi và Tiến sĩ Rachel Camerini, tại Khoa Hóa học ‘Ugo Schiff’ của Đại học Florence và CSGI – Trung tâm Khoa học keo và bề mặt, đã tham gia với vai trò cơ bản trong nghiên cứu này. Kinh nghiệm của họ trong lĩnh vực màu sắc và hóa học sắc tố là điều cần thiết để phân tích thành phần của mực và xác định thuốc nhuộm là yếu tố chính hình thành graphene.
Phó giáo sư Rodorico đã nói rằng: “Chúng tôi làm việc trong lĩnh vực Di sản Văn hóa, nghiên cứu vật chất và sự biến đổi. Thật ngạc nhiên khi kiến thức về các đặc tính của thuốc nhuộm hữu cơ đột nhiên trở thành chìa khóa để giải thích một hiện tượng chưa từng thấy. Một người có thể biết rất nhiều thứ nhưng lại không thể giải thích mọi thứ. Rồi một ngày họ kết hợp hai mảnh ghép của một câu đố lại với nhau và tiến lên một bước. Đó chính là vẻ đẹp của khoa học!”.
Các ứng dụng được thúc đẩy Phó giáo sư Francesco Greco chia sẻ: “Tôi tin rằng nghiên cứu của chúng tôi là một ví dụ về sự tò mò khoa học có thể bất ngờ dẫn đến những hàm ý thực tế và ứng dụng. Trên thực tế, nghiên cứu này, bên cạnh việc phân tích lý do tại sao chỉ một số thuốc nhuộm phù hợp để chuyển đổi thành LIG, giúp đề xuất phương pháp hiện thực hóa các mạch và cảm biến trên mọi bề mặt. Thay vì lắp đặt các mạch hoặc cảm biến (thường làm tăng trọng lượng, chi phí cao và cồng kềnh) trên các vật thể, giờ đây có thể nghĩ đến việc ‘viết’ chúng trực tiếp vào nơi cần thiết. Điều này có thể thúc đẩy các ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: điện tử có thể in, cảm biến y sinh, robot, tự động hóa và cảm biến môi trường. Chúng tôi đã và đang nghiên cứu một số ứng dụng này. Chúng tôi đã bắt đầu nghiên cứu các loại thuốc nhuộm khác có nguồn gốc từ vật liệu tự nhiên, với mục đích tạo ra các thiết bị điện tử xanh”.
Để xem các tin bài khác về “Mạch điện”, hãy nhấn vào đây.
Nguồn: Electronics Online
