THỤY ĐIỂN – Trong một nghiên cứu mới, các nhà khoa học tại đại học Linköping (Linköping university) và đại học Lund (Lund university) cho thấy ánh sáng khả kiến (visible light) (1) có thể được sử dụng để tạo ra các điện cực (2) từ nhựa dẫn điện mà hoàn toàn không cần đến hóa chất độc hại. Các điện cực này có thể được tạo trên nhiều loại bề mặt khác nhau, mở ra hướng phát triển mới cho lĩnh vực điện tử và cảm biến y sinh. (1) Ánh sáng khả kiến: là phần ánh sáng mà mắt người có thể nhìn thấy được trong phổ bức xạ điện từ. (2) Điện cực (electrode) là bộ phận dẫn điện, cho phép dòng electron hoặc ion đi vào hoặc đi ra khỏi một môi trường khác (dung dịch, chất điện phân, thiết bị điện,…). Điện cực đóng vai trò là điểm tiếp xúc giữa mạch điện và môi trường cần trao đổi điện, từ đó kích hoạt các phản ứng điện hóa và thu nhận tín hiệu điện.
Ông Xenofon Strakosas, phó Giảng viên cao cấp tại phòng thí nghiệm điện tử hữu cơ (LOE – Laboratory for organic electronics) thuộc đại học Linköping, chia sẻ: “Tôi cho rằng đây là một bước đột phá. Đó là một cách tiếp cận mới để chế tạo thiết bị điện tử, đơn giản hơn và không cần máy móc đắt tiền.”
Tại phòng thí nghiệm LOE, các nhà nghiên cứu đã làm việc với nhựa dẫn điện (conductive plastics) (1), còn gọi là polyme liên hợp, để phát triển các công nghệ mới trong những lĩnh vực như y học và năng lượng tái tạo. Polyme liên hợp (conjugated polymers) (2) kết hợp các đặc tính điện của kim loại và chất bán dẫn với tính linh hoạt của nhựa. (1) Nhựa dẫn điện: là loại vật liệu polymer có khả năng dẫn điện, kết hợp tính linh hoạt, nhẹ và dễ gia công của nhựa với khả năng dẫn điện vốn có của kim loại hoặc chất bán dẫn. (2) Polyme liên hợp: là một nhóm polyme đặc biệt có khả năng dẫn điện hoặc bán dẫn, nhờ cấu trúc phân tử cho phép electron di chuyển dọc theo chuỗi polyme.
Polyme được cấu thành từ các chuỗi hydrocarbon dài; mỗi mắt xích trong chuỗi được gọi là monome. Khi các monome liên kết với nhau, polyme được hình thành. Đó là quá trình trùng hợp (polymerisation), thường cần đến các hóa chất mạnh và đôi khi độc hại, qua đó hạn chế khả năng mở rộng quy mô cũng như ứng dụng trong các lĩnh vực nhạy cảm như y học.
Các monome được thiết kế theo yêu cầu Nhóm nghiên cứu tại cơ sở Norrköping (Campus Norrköping, thuộc đại học Linköping), phối hợp cùng đại học Lund và đại học New Jersey (state university of New Jersey), đã phát triển thành công một phương pháp cho phép quá trình trùng hợp diễn ra chỉ với sự hỗ trợ của ánh sáng khả kiến. Thành tựu này đạt được nhờ vào các monome hòa tan trong nước được thiết kế đặc biệt. Nhờ đó, việc tạo điện cực không cần hóa chất độc hại, không cần tia tử ngoại (UV – ultraviolet) gây hại và cũng không cần các công đoạn xử lý bổ sung.
Ông Strakosas nói thêm: “Có thể tạo điện cực trên nhiều loại nền khác nhau như kính, vải dệt, thậm chí là trên da. Điều này mở ra một phổ ứng dụng rộng lớn hơn nhiều.”
Trên thực tế, dung dịch chứa monome có thể được phủ lên bề mặt nền. Bằng cách sử dụng laser hoặc nguồn sáng khác, các điện cực với hình dạng phức tạp có thể được tạo trực tiếp trên bề mặt. Phần dung dịch chưa trùng hợp sau đó được rửa đi, để lại các điện cực hoàn chỉnh.
Khi biến đổi thành vật liệu polyme dẫn điện, thời gian chiếu sáng monome càng lâu, dung dịch càng chuyển sang màu xanh đậm
Ông Tobias Abrahamsson, nhà nghiên cứu tại phòng thí nghiệm LOE và là tác giả chính của bài báo đăng trên tạp chí khoa học Angewandte Chemie, chia sẻ: “Các đặc tính điện của vật liệu này đang ở mức độ tiên tiến hàng đầu. Nhờ khả năng vận chuyển cả electron lẫn ion, vật liệu cho phép thiết bị điện tử tương tác tự nhiên với cơ thể; đồng thời có tính hóa học thân thiện với mô sống, một sự kết hợp then chốt cho các ứng dụng y sinh.”
Thế hệ cảm biến mới Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm công nghệ bằng cách tạo hoa văn điện cực trực tiếp lên da của chuột được gây mê. Kết quả cho thấy khả năng ghi nhận hoạt động não tần số thấp được cải thiện rõ rệt so với các điện cực điện não đồ EEG (electroencephalography) (*) truyền thống. (*) EEG: là điện cực điện não đồ làm bằng kim loại, dùng để thu và ghi lại tín hiệu điện của não bộ từ bề mặt da đầu.
Ông Abrahamsson nói thêm: “Vì phương pháp này hoạt động trên nhiều bề mặt khác nhau, có thể hình dung các cảm biến được tích hợp ngay trong quần áo. Ngoài ra, công nghệ cũng có thể được dùng để sản xuất các mạch điện tử hữu cơ ở quy mô lớn mà không cần dung môi nguy hại.”
Để xem các tin bài khác về “Điện cực”, hãy nhấn vào đây.
Nguồn: Electronics Online
