Công nghệ biến than chì thành kim cương

Các nhà nghiên cứu Mỹ vừa phát hiện một cơ chế tiềm năng mới, giúp biến than chì thành kim cương.

Than chì và kim cương là 2 dạng khác nhau của cùng một nguyên tố hóa học - carbon. Tuy nhiên, chúng sở hữu các đặc điểm rất khác nhau.

Ở than chì, các nguyên tử carbon được sắp xếp thành những mảng 2 chiều, có thể dễ dàng trượt lên nhau. Cấu trúc này khiến vật liệu tương đối mềm và có thể được sử dụng làm các sản phẩm như ruột bút chì.

Ngược lại, ở kim cương, các nguyên tử carbon gắn kết chặt chẽ ở mọi hướng, nên kim cương rất cứng. Ngoài sức mạnh cơ học, các đặc tính vượt trội về điện, quang học và hóa học khiến kim cương có giá trị rất lớn cho những ứng dụng công nghiệp.

Các nhà khoa học luôn muốn tìm hiểu và kiểm soát quá trình chuyển đổi cấu trúc giữa các dạng carbon khác nhau, để có thể biến đổi dạng này thành dạng khác một cách có chọn lọc. Một cách biến than chì thành kim cương đã biết hiện nay là sử dụng áp suất. Tuy nhiên, do than chì là dạng carbon ổn định nhất ở điều kiện bình thường, chúng ta cần phải tăng gấp 150.000 lần áp suất khí quyển trên bề mặt Trái đất mới có thể làm được điều đó.

Các nhà nghiên cứu đến từ phòng thí nghiệm SLAC, do Đại học Stanford quản lí cho Cục Khoa học thuộc Bộ Năng lượng Mỹ, vừa khám phá ra một giải pháp mới, khả thi hơn nhờ sử dụng cơ chế hydro hóa graphene để tạo ra các màng giống kim cương siêu mỏng, mà không cần áp suất cực lớn.

Nhóm nghiên cứu đã cho thêm một vài lớp graphene, thực chất là các tấm than chì có độ dày chỉ 1 nguyên tử, vào một cột chống kim loại và cho lớp trên cùng tiếp xúc với hydro. Kết quả thu được khiến họ sửng sốt: Phản ứng trên bề mặt đã kích hoạt hiệu ứng lôi kéo dây chuyền, làm thay đổi cấu trúc của tất cả các lớp graphene từ trạng thái than chì sang trạng thái giống kim cương.

Khám phá trên đang mở ra triển vọng về việc sản xuất đại trà các màng kim cương mỏng cho vô số ứng dụng công nghiệp khác nhau, từ công cụ cắt đến thiết bị điện tử và cảm biến điện hóa học.

Các nhà nghiên cứu dự kiến sẽ tiếp tục khám phá đầy đủ tiềm năng của graphene được hydro hóa vài lớp. Họ cũng kì vọng có thể xác định được, liệu các màng giống kim cương có thể sản sinh trên những chất nền kim loại khác hay không, với graphene có các độ dày khác nhau.

(Nguồn: Thông tin công nghệ)

READMORE

Những chất liệu thần kỳ

Vạn vật trên Trái đất đều tuân theo những quy luật vật lí nhất định và bất biến, như nóng lên rồi cháy khi gặp nhiệt độ cao, lạnh hoặc đóng băng khi nhiệt độ xuống thấp, hay vật rắn khi đã vỡ thì không thể tự nhiên lành,…

Tuy nhiên bằng sự kì diệu của khoa học công nghệ, các nhà khoa học đã tìm ra những siêu vật liệu đi ngược lại quy luật vật lí - những vật liệu của tương lai.

1. Lớp phủ siêu trơn LiquiGlide

Hãy thử tưởng tượng trong bữa ăn, bạn muốn dùng tương ớt hoặc tương cà chua, nhưng thật khó khăn biết bao khi phải cố gắng dốc chai tương đã gần hết? Sự bất tiện này trong tương lai sẽ biến mất, nhờ vào phát minh mới của những nhà nghiên cứu thuộc học viện Công nghệ thông tin Massachusetts (MIT) - lớp phủ LiquiGlide.

LiquiGlide là một lớp phủ siêu trơn, ngăn không cho bất kì thứ gì dính lên nó. Hãy thử khám phá công dụng của LiquiGlide qua hai thí nghiệm với sốt cà chua và mayonnaise dưới đây:

Phát minh này đã được rất nhiều công ty thực phẩm quan tâm, vì không những làm tăng được sự tiện lợi trong cuộc sống mà lượng thực phẩm đóng chai lãng phí cũng giảm đi rất nhiều.

Ngoài ra, các chai nhựa thông thường cần thiết kế nắp lớn hơn nhằm dễ dàng lấy các loại sauce có tính dính thì nay đã có thể thu nhỏ, tiết kiệm ước tính hơn 25.000 tấn nhựa mỗi năm.

LiquiGlide cũng vượt qua mọi bài kiểm tra về an toàn thực phẩm, thậm chí có thể... ăn được. Nhưng không chỉ vậy, phát minh này còn mở ra nhiều tính ứng dụng hơn thế, như trong các đường ống vận chuyển dầu khí, thậm chí cả những vật dụng thường ngày như bát đĩa, sơn tường… Khi đó, một viễn cảnh tuyệt diệu khi loài người… không cần rửa bát hoàn toàn có thể xảy ra.

2. Pin xịt (Spray-on Batteries)

Trong thời đại công nghệ thông tin hiện nay, có lẽ “thảm họa” nhất là điện thoại, laptop hay máy tính bảng… hết pin mà không có nguồn điện để sạc. Ngoài ra, việc pin điện thoại ngày nay quá “mỏng manh” (hết pin rất nhanh) đem lại khá nhiều bất tiện trong cuộc sống.

Tuy nhiên, các khoa học gia đã đề ra giải pháp thay thế toàn bộ pin truyền thống bằng hợp chất tương tự như pin, nhưng dưới dạng xịt và có thể sử dụng trên mọi mặt phẳng.

Pin thông thường được cấu tạo bởi cực âm, cực dương và chất điện giải. Những nhà nghiên cứu tại ĐH Rice (Mỹ) đang nghiên cứu biến cấu tạo này thành dạng xịt bằng cách hóa lỏng từng thành phần.

Sau khi xịt lên một bề mặt, ngay lập tức bề mặt đó sẽ cung cấp năng lượng cho thiết bị điện tử hoạt động. Hiện nay, pin xịt đã có thể khiến 40 bóng đèn LED sáng liên tục trong 6 giờ đồng hồ.

Tuy nhiên, để pin xịt có thể trở thành nguồn năng lượng cung cấp cho laptop, máy tính bảng,... cần một chặng đường xa hơn thế bởi giá thành đầu tư khá lớn cùng hiệu năng chưa cao.

Nhưng dù sao, nếu pin xịt thành công, điều này đồng nghĩa với việc mở ra một hướng đi mới cho ngành công nghiệp điện tử. Biết đâu tương lai sẽ xuất hiện điện thoại siêu mỏng và chỉ cần phủ một lớp pin xịt bên trong.

3. Chất dẻo tự liền Terminator polymer

Trong series phim “Kẻ hủy diệt”- the terminator, robot T-1000 trong phim có thể tự phục hồi. Tháng 9/2013, các nhà khoa học đã tìm ra một chất dẻo mới có khả năng “tự liền” theo nghĩa đen và được đặt tên dựa theo tên bộ phim nổi tiếng - Terminator polymer.

Trong video trên, các khoa học gia cắt đôi mẫu vật liệu, sau đó ghép chúng lại với nhau. Vật liệu này đã tái tạo tới 97% tình trạng ban đầu. So sánh với một số loại polymer hiện nay, thông thường để phục hồi cần một số tác động bên ngoài như nhiệt độ hay tính chất môi trường, nhưng Terminator polymer là loại vật liệu đầu tiên có thể tự phục hồi mà không cần yếu tố bên ngoài tác động.

Ngoài ra, loại vật liệu mới này được đánh giá là bền hơn rất nhiều so với các loại vật liệu dẻo thông thường. Theo chuyên gia chất dẻo David Mercerreyes thuộc ĐH Basque, Tây Ban Nha thì Terminator polymer có thể ứng dụng nhằm cải thiện tuổi thọ và độ an toàn cho những bộ phận bằng chất dẻo, đồng thời mở ra tiềm năng sử dụng trong an ninh, y tế, đặc biệt là phẫu thuật thẩm mĩ.

4. Siêu vật liệu ghi nhớ

Thuật ngữ “Siêu vật liệu”- metamaterial - ám chỉ những vật chất nhân tạo có tính chất khác thường. Những nhà nghiên cứu thuộc ĐH Cornell (Mỹ) đã tìm ra một siêu vật liệu như thế: một dạng hydrogel ADN có thể nhớ và quay lại được hình dạng đầu tiên của nó. (Hydrogel là loại vật liệu mềm và ẩm ướt, có tới 95% thành phần nước và các phân tử nằm trong khung polymer).

Trong thí nghiệm, ống nghiệm chứa đựng mẫu hydrogel ADN mới này khi gặp nước sẽ chuyển đổi hình dạng thành các chữ cái. Những chữ cái này chính là hình dạng đầu tiên của chúng.

Tuy nhiên, có một điểm kì lạ đó là ngay bản thân những khoa học gia khám phá ra siêu vật liệu mới này cũng… không thể giải thích chính xác được cơ chế hoạt động của nó.

Theo Dan Luo - trưởng ban nghiên cứu ĐH Cornell, với khả năng ghi nhớ, siêu vật liệu này có thể rất phù hợp trong việc gia tăng diện tích tiếp xúc và làm tăng hiệu quả của thuốc.

Điều này rất cần thiết cho công tác hậu phẫu, đặc biệt trong phẫu thuật ung thư, khi thách thức lớn nhất là tiêu diệt hoàn toàn tế bào ung thư nhằm tránh di căn. Ngoài ra, việc kết hợp với các nguyên liệu khác cũng mở ra tiềm năng vô cùng to lớn cho y khoa nói riêng và ngành sinh học nói chung.

5. Vật liệu siêu bền Graphene

Graphene có thể hiểu đơn giản là một lớp cực mỏng của graphite (chất liệu dùng làm ruột bút chì), được nhà khoa học người Anh - Andre Geim phát hiện vào năm 2004 và giúp ông đạt giải Nobel vật lí vào năm 2010.

Graphene được mệnh danh là siêu vật liệu của tương lai là bởi vì nó rất mỏng, đạt độ dày chỉ bằng một phân tử nhưng lại nhìn thấy bằng mắt thường và cứng gấp 200 lần thép.

Để chọc thủng một lớp Graphene mỏng như tờ giấy cần áp lực của một con voi đứng cân bằng trên một chiếc bút chì. Ngoài ra, Graphene còn có độ bền cực cao, dễ dàng uốn cong ở bất kì góc độ nào.

Nhưng sự “bá đạo” của Graphene chưa dừng ở đó. Graphene có khả năng truyền dẫn điện từ nhanh gấp 10 lần silicon, mặc dù tấm Graphene trông giống hệt một tấm nhựa dẻo (nhựa không dẫn được điện).

Điều này hứa hẹn về nguồn linh kiện điện tử mới, cùng hệ thống sạc pin cực nhanh cho tương lai. Bên cạnh đó, khi đưa Graphene vào trong thành phần kim loại sẽ làm gia tăng độ đàn hồi lên đến 500 lần.

Hiện nay, các nhà khoa học đang gấp rút nghiên cứu nhằm đưa Graphene vào thực tiễn và đã đạt một số thành công nhất định như Graphene aerogel - vật liệu nhẹ nhất thế giới, nhẹ hơn cả khí Heli hay cả… bao cao su Graphene siêu bền.

6. Vật liệu cách nhiệt hoàn hảo

Với tên gọi Starlite, vật liệu này có thể coi là một dạng nhựa được tìm ra bởi nhà hóa học không chuyên kiêm thợ làm tóc người Anh - Maurice Ward khi ông đang làm bếp. Đây là vật liệu có khả năng cách nhiệt hoàn hảo theo đúng nghĩa đen, tức là có thể chịu được nhiệt độ cực cao mà không hề suy chuyển.

Để chứng minh độ “khủng” của Starlite, các nhà nghiên cứu thực hiện thí nghiệm đốt 2 quả trứng bằng lửa khò kim cương 3000 độ C, một quả bình thường, một quả được bọc một lớp Starlite.

Quả trứng bình thường vỡ gần như ngay lập tức khi chạm vào ngọn lửa, trong khi quả trứng bọc starlite không hề suy chuyển. Khi thí nghiệm viên cầm tay trần trực tiếp vào quả trứng vừa hứng chịu nhiệt độ cực cao, ông cho biết “không cảm thấy gì, dù chỉ là âm ấm”. Thậm chí, lòng trứng vẫn còn nguyên vẹn khi đập ra.

Thoạt đầu, các khoa học gia chối bỏ vật liệu này vì cho rằng khả năng này quá phi thực tế, và nó do một người thợ làm đầu tìm ra. Một số còn cho rằng, đây chỉ là trò lừa bịp.

Tuy nhiên, sau khi kiểm chứng lại thì tất cả đều choáng ngợp và tin vào tiềm năng của nó: một mẫu Starlite đã “sống sót” dưới nhiệt độ trên 10.000 độ C, thậm chí dưới đèn năng lượng hạt nhân tương đương 75 Hiroshima (1 Hiroshima = 15 kiloton TNT - mức năng lượng khi kích nổ 15 ngàn tấn thuốc nổ TNT).

Starlite đã được Boeing và NASA cho rằng có tiềm năng làm nên một cuộc cách mạng vật liệu và vũ khí trên toàn thế giới. Một hợp đồng sản xuất hàng loạt được đưa ra cho Ward, tuy nhiên ông không đồng ý tiết lộ công thức. Thậm chí, ông còn không đăng kí bản quyền vì điều này đồng nghĩa với việc phải tiết lộ thành phần của Starlite.

Thật không may, Ward đã qua đời vào năm 2011, khi bí mật về vật liệu siêu cách nhiệt vẫn đang được bỏ ngỏ. Tuy vẫn có thông tin rằng gia đình Ward hiện đang nắm giữ bí mật về quy trình sản xuất Starlite nhưng hiện chưa có bằng chứng cụ thể. Dù sao các nhà khoa học vẫn tin rằng, loài người sẽ thực sự kiểm soát được nó vào một ngày không xa.

Nguồn: Thông tin công nghệ

READMORE

Công nghệ siêu áo chống bẩn

Áo được dệt từ sợi polyester bằng công nghệ nano "miễn dịch" với mọi loại chất lỏng và có tuổi thọ lên tới 80 lần giặt. Sản phẩm này sẽ được tung ra thị trường vào tháng 5/2014.

Nếu bạn vụng về và liên tục làm rơi thức ăn, đồ uống vào áo hay là kẻ lười biếng và không thích giặt quần áo, phát minh gần đây của một sinh viên sẽ giúp bạn giải quyết vấn đề. Chiếc áo này "miễn dịch" với mọi loại chất lỏng như Coca-cola , nước sốt cà chua, mù tạt, trứng đánh kem, bia, mực hay rượu vang.

Chiếc áo đặc biệt này làm từ polyeste kết hợp vài loại hóa chất đặc biệt và có khả năng chống thấm nước hoàn hảo. Nếu không nói đến tính năng, chiếc áo này trông giống hệt những chiếc áo thông thường bán trong các cửa hàng.

Tác giả của chiếc áo này là Patel, đang sống tại thành phố San Francissco , từng thử nghiệm trên một mẫu áo phun hóa chất nhưng anh nhanh chóng nhận ra tuổi đời của chiếc áo này sẽ kết thúc sau một lần giặt. Và từ đó anh đã tìm cách tính hợp công nghệ vào sợi vải. Sinh viên này đã tạo ra loại vải đặc biệt bằng công nghệ nano. Điều này có nghĩa loại vải này sẽ không gây kích ứng da.

Patel cho biết: "Hầu hết các phân tử chất lỏng không thể xâm nhập vào sợi vải vì có một lớp kính mỏng hình thành giữa chất lỏng và vải. Điều này là do vải được xếp lớp với tỉ lệ hạt silica đặc biệt. Chất lỏng khi đến gần lớp vải trở thành dạng hình cầu 150 độ và rơi ra ngoài thay vì bám vào áo. Kết quả là hàng rào này sẽ bảo vệ chiếc áo của bạn khỏi tất cả tai nạn đổ, bắn, phun nước vào người". Sau khi thử nghiệm sản phẩm này, Patel đã lập trang web cho phát minh của mình với cái tên Silic và một trang web để gây quỹ mang tên Kickstarter.

Trang web này đã giúp Patel thu về tổng số tiền lên tới gần 23.000 USD vượt xa 20.000 USD mà cậu mong đợi trước khi chiến dịch kết thúc vào 26/1/2013. Với số tiền này, Patel đã có đủ vốn để sản xuất đại trà sản phẩm của mình. Chiếc áo trên sẽ được bán trực tuyến vào tháng 5/2014 và có giá khoảng 55 USD. Theo thông tin trên trang Kickstarter, Patel khuyên người dùng nên tuân thủ một số khuyến nghị để giữ cho chiếc áo không thấm nước tuyệt đối như: không sử dụng nước xả làm mềm vải, không dùng chất tẩy trắng và không là và không giặt khô.

Patel giới thiệu về sản phẩm của mình đầy hào hứng rằng: "Chiếc áo này an toàn tuyệt đối và có tuổi thọ đến 80 lần giặt, điều đó có thể mặc chiếc áo không thấm nước này khoảng hai năm".

Nguồn: Thông tin công nghệ

READMORE

Bí ẩn loại đá biết “dậy thì”

Loại đá trovants ở Rumani là một loại đá bí ẩn và đang khiến các nhà khoa học thế giới tò mò hết đỗi.

Loại đá lạ này có khả năng mọc lên như nấm sau mưa và phình to dần ra mà không có gì “giúp sức”. Những hòn đá này là một hiện tượng địa chất. Chúng có thể phình to như thể một cơ thể sống. Loại đá này được tìm thấy ở làng Costesti của Rumani.

Từ trovant nghĩa là “cát xi măng”.Loại đá này được hình thành từ một loại cát xuất hiện cách đây hàng triệu năm trên trái đất. Thực tế, những vụ động đất tạo ra loại đá lạ này đã xảy ra cách đây 6 triệu năm trước.

Đá trovant chỉ mọc khi có nước mưa. Bình thường chúng chỉ có kích thước 6 đến 9 mm nhưng khi có nước vào chúng phình to lên đến 6 tới 10 mét. Vài hòn đá thậm chí biết chuyển động. Cắt đôi hòn đá ra thì thấy có những vòng gân bên trong như một thân cân.

Người ta cho rằng đá trovant gồm lõi là đá và vỏ là cát đặc biệt đã nói ở trên. Sau khi có mưa lớn, đá khô nhỏ hút mưa và phình to ra. Các nhà khoa học hiện đang tìm hiểu về sự hình thành của đá trovant.

Các khối hình nhỏ khác nhau: bầu dục hoặc sần sùi như những đốm mụn xuất hiện trên mặt của các phiến đá. Rất nhiều người, thậm chí là người dân địa phương, cảm thấy vô cùng thích thú trước hiện tượng kỳ lạ này. Đặc biệt là sau các cơn mưa to, các khối đá bắt đầu “sống dậy”. Người ta gọi chúng là “những phiến đá đang lớn”.

Vào năm 2006, người ta đã cho xây dựng một bảo tàng để trưng bày những phiến đá đặc biệt này. Bên trong và bên ngoài của Bảo tàng Trovants ở ngôi làng Costesti thuộc vùng Valcea, du khách có thể thấy nhiều hòn đá Trovant với đủ mọi hình thù và kích cỡ.

Nguồn: http://hcm.24h.com.vn

READMORE

Cảm biến gia tốc trong Smartphone

Bất kể là bạn đang nghe điện thoại (cầm smartphone theo chiều dọc) hay xem video (đặt theo chiều ngang) thì các thiết bị thông minh đều có thể nhận diện được hướng xoay của máy. Chắc hẳn bạn đã biết rằng "thành tựu" này là nhờ có cảm biến gia tốc.

Tuy nhiên, bạn có thực sự hiểu cách hoạt động của cảm biến này?

Khả năng nhận diện chiều xoay của smartphone/tablet là nhờ có cảm biến gia tốc. Trước hết, hãy cùng đến với một ví dụ đơn giản.

Hãy nhìn vào khoang chứa hình trụ có chứa quả bóng gắn lò xo phía trên. Đây là một mô hình cảm biến gia tốc khá căn bản. Khoang chứa hình trụ này được gắn liền vào vật thể mà bạn cần đo gia tốc, còn quả bóng là vật có thể di chuyển một chiều bên trong khoang chứa. Khi bạn di chuyển khoang chứa, quả bóng cũng sẽ di chuyển bên trong khoang chứa, khiến lò xo co hoặc dãn ra. Dựa vào độ co dãn của lò xo, bạn có thể đoán biết được lực và gia tốc của chuyển động.

Nếu sử dụng 3 cảm biến gia tốc đơn giản phía trên đặt trên 3 chiều X, Y, Z, bạn có thể dễ dàng đo được chuyển động của vật thể trong không gian.

Cảm biến gia tốc trên smartphone không sử dụng lò xo hay các quả bóng có khối lượng lớn, nhưng cũng hoạt động trên cùng một nguyên lí: Đo chuyển động của một vật thể bên trong khoang chứa được gắn với vật cần đo gia tốc (smartphone).

Dưới đây là mô hình cảm biến gia tốc smartphone. Vật thể chuyển động được đo đạc trong cảm biến smartphone sẽ là chiếc "lược thưa" màu xanh nhạt trong hình vẽ:

Lò xo trong cảm biến smartphone sẽ là lớp silicon đi dọc chiếc lược thưa này. Nếu bạn đo được chuyển động của lớp silicon dọc này, bạn có thể đo được chuyển động của smartphone.

Vậy làm thế nào để đo chuyển động của lớp silicon dọc? Hãy cùng nhìn vào một góc của cảm biến.

Tại đây, bạn có thể thấy rằng, một đầu chân của chiếc lược trung tâm và 2 chân được gắn trên khoang chứa là 3 phần của một tụ điện biến thiên. Do đó, khi bộ chiếc lược trung tâm chuyển động, dòng điện sẽ được sản sinh. Bằng cách nhận diện các dòng điện này, chúng ta có thể nhận diện được chuyển động của smartphone. Khi đo độ mạnh yếu của dòng điện, các kĩ sư có thể đo mức độ chuyển động của smartphone.

Trong khi cách hoạt động của cảm biến gia tốc đã là rất ấn tượng thì quá trình chế tạo chúng còn thú vị hơn rất nhiều lần. Cảm biến smartphone chỉ có kích cỡ 500 micron (tức bằng khoảng 5 lần độ dày tóc người). Không một chiếc máy siêu nhỏ nào có thể "đúc" ra một chiếc lược nhỏ cỡ này cả. Thay vào đó, chúng ta sẽ phải nhờ tới đặc tính hóa học đặc biệt của silicon.

Trước hết, bạn hãy nhìn vào miếng silicon "dày" sau đây.

Khi đổ KOH (kali hidroxit) vào miếng silicon, miếng silicon này sẽ bị ăn mòn, và phần bị ăn mòn sẽ tạo thành một hình kim tự tháp. Do cấu tạo đặc biệt của silicon, KOH sẽ ăn mòn theo chiều dọc nhanh hơn là theo chiều ngang.

Vậy làm thế nào để tạo thành một chiếc "lược" như trong cảm biến. Chúng ta có thể đặt một lớp bọc có hình chữ U ở giữa lên miếng silicon, sau đó tạo nhỏ 1 giọt KOH siêu nhỏ vào miếng silicon.

Hình dáng tạo thành sẽ là như dưới đây.

Tiếp tục đổ KOH vào và bạn sẽ thu được một miếng silicon có hình dáng như sau:

Sau đó, silicon sẽ tiếp tục bị ăn mòn, tạo thành một khoang lõm. Ở ngay phía trên khoang lõm này là một chiếc "răng" lồi ra như trong hình:

Bằng cách sử dụng các loại lớp bọc có hình dáng phức tạp hơn và nhiều khâu ăn mòn KOH hơn, bạn sẽ tạo được những chiếc "lược" silicon siêu nhỏ để sử dụng trong cảm biến.

Nguồn: Thông tin công nghệ

READMORE