CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU


Sưu tầm từ trang: và




Mục lục:



Tương lai tươi sáng cho màn hình OLED
Vật liệu ZIFs và những triển vọng ứng dụng trong tương lai
Tảo cát được chuyển thành phần tử Silic cảm biến
Từ túi nhựa tới tà vẹt đường sắt
Một hợp kim mới có thể làm tăng nhiệt độ của động cơ
Kính mát thông minh
Những sự kiện đáng nhớ nhất trong lịch sử ngành vật liệu học
Vật liệu hợp kim cho ngành công nghiệp hóa chất
Vật liệu nano với độ cứng kỷ lục
Plastic trở thành nhiên liệu trong tương lai



Tương lai tươi sáng cho màn hình OLED

Ma
̀
n hi
̀
nh OLED co
́
nhiê
̀
u ưu điê
̉
m hơn so vơ
́
i ma
̀
n hi
̀
nh tinh thê
̉
lo
̉
ng (LCD) thông
du
̣
ng hiê
̣

n nay. Trong đo
́
quan tro
̣
ng nhâ
́
t la
̀
a
́
nh sa
́
ng tư
̀
ca
́
c ma
̀
n hi
̀
nh OLED đươ
̣
c
chiê
́
u trư
̣
c tiê
́
p tư

̀
ca
́
c polymer hư
̃
u cơ la
̀
m cho hi
̀
nh a
̉
nh hiê
̉
n thi
̣
sa
́
ng va
̀
trong hơn so
vơ
́
i bô
̣
phâ
̣
n lo
̣
c ma
̀

u cu
̉
a ca
́
c ma
̀
n hi
̀
nh LCD. Điê
̀
u đo
́
co
́
nghi
̃
a la
̀
ca
́
c ma
̀
n hi
̀
nh OLED
không câ
̀
n a
́
nh sa

́
ng nê
̀
n, chu
́
ng tiêu thu
̣
i
́
t điê
̣
n hơn va
̀
co
́
thê
̉
chê
́
ta
̣
o ca
́
c ma
̀
n hi
̀
nh
mo
̉

ng hơn nhiê
̀
u. Thâ
̣
m chi
́
, ca
́
c nha
̀
khoa ho
̣
c vâ
̣
t liê
̣
u hy vo
̣
ng co
́
thê
̉
in ca
̉
OLED trư
̣
c
tiê
́
p lên ca

́
c bê
̀
mă
̣
t, hay du
̀
ng đê
̉
chê
́
ta
̣
o ca
́
c bo
́
ng đe
̀
n huy
̀
nh quang re
̉
tiê
̀
n hơn.


Tuy nhiên, đê
̉

khai tha
́
c co
́
hiê
̣
u qua
̉
a
́
nh sa
́
ng pha
́
t ra tư
̀
ca
́
c polymer thi
̀
câ
̀
n co
́
thêm mô
̣
t lơ
́
p pha
́

t xa
̣
la
̀
m tư
̀
vâ
̣
t liê
̣
u co
́
lân quang. Mă
̣
t kha
́
c sư
̣
chuyê
̉
n đô
̉
i pho
́
ng xa
̣
na
̀
y co
̀

n giu
́
p gia
̉
m la
̃
ng phi
́
, thay vi
̀
chuyê
̉
n tha
̀
nh a
́
nh sa
́
ng bi
̀
nh thươ
̀
ng thi
̀
no
́
la
̀
m
tăng đô

̣
sa
́
ng va
̀
sư
̣
trong suô
́
t cu
̉
a hi
̀
nh a
̉
nh.





OLED co
́
thê
̉
ta
̣
o ra ha
̀
ng loa

̣
t tia sa
́
ng vơ
́
i ma
̀
u să
́
c â
́
n tươ
̣
ng


Vâ
̣
t liê
̣
u phu
̀
hơ
̣
p nhâ
́
t cho mu
̣
c đi
́

ch na
̀
y chi
́
nh la
̀
phư
́
c châ
́
t Iridi (III) vơ
́
i ca
́
c phô
́
i tư
̉
ma
̣
ch vo
̀
ng co
́
câ
́
u tru
́
c lơ
́

n, giu
́
p đa
̉
m ba
̉
o đô
̣
bê
̀
n, thơ
̀
i gian đa
́
p ư
́
ng nhanh va
̀
truy
xuâ
́
t đươ
̣
c ca
́
c ma
̀
u să
́
c trong vu

̀
ng quang phô
̉
nhi
̀
n thâ
́
y. Tuy nhiên sa
̉
n xuâ
́
t ra loa
̣
i
phư
́
c châ
́
t na
̀
y đo
̀
i ho
̉
i nhiê
̣
t đô
̣
cao hay câ
̀

n co
́
châ
́
t xu
́
c ta
́
c đă
́
t tiê
̀
n, va
̀
viê
̣
c tra
́
ng châ
́
t
na
̀
y lên polymer hư
̃
u cơ la
̀
mô
̣
t qua

́
tri
̀
nh phư
́
c ta
̣
p. Điê
̀
u na
̀
y đa
̃
ha
̣
n chê
́
viê
̣
c du
̀
ng
OLED trên ca
́
c ư
́
ng du
̣
ng nho
̉

như điê
̣
n thoa
̣
i di đô
̣
ng.
Giơ
̀
đây, mô
̣
t đô
̣
i nghiên cư
́
u do Biao Wang dâ
̃
n đâ
̀
u ta
̣
i trươ
̀
ng đa
̣
i ho
̣
c Sun Yat-Sen,
thuô
̣

c Qua
̉
ng Châu (Trung Quô
́
c) đa
̃
co
́
thê
̉
gia
̉
i quyê
́
t đươ
̣
c vâ
́
n đê
̀
, bă
̀
ng ca
́
ch pha
́
t
triê
̉
n mô

̣
t loa
̣
i phư
́
c châ
́
t Iridi mơ
́
i vư
̀
a dê
̃
chê
́
tao la
̣
i vư
̀
a dê
̃
tan, ta
̣
o ra kha
̉
năng co
́
thê
̉
phun no

́
lên ca
́
c bê
̀
mă
̣
t. Bi
́
quyê
́
t cu
̉
a ti
́
nh tan nă
̀
m ơ
̉
viê
̣
c cho
̣
n phô
́
i tư
̉
la
̀
ca

́
c phenol
ta
̣
o ra sư
̣
ca
̉
n trơ
̉
vê
̀
mă
̣
t không gian. Ca
́
c nha
̀
nghiên cư
́
u cho biê
́
t phư
́
c châ
́
t cu
̉
a ho
̣

gô
̀
m co
́
nguyên tư
̉
Iridi kê
́
t hơ
̣
p vơ
́
i ba phô
́
i tư
̉
la
̀
dâ
̃
n xuâ
́
t cu
̉
a phthalazine, châ
́
t na
̀
y đa
̃

đươ
̣
c tô
̉
ng hơ
̣
p mô
̣
t ca
́
ch ti
̀
nh cơ
̀
tư
̀
Iridi clorua trong điê
̀
u kiê
̣
n êm di
̣
u va
̀
không co
́
xu
́
c ta
́

c. Pha
́
t hiê
̣
n na
̀
y co
́
thê
̉
la
̀
m đơn gia
̉
n hoa
́
qua
́
tri
̀
nh sa
̉
n xuâ
́
t, gia
̉
m gia
́
tha
̀

nh
OLEDs, tư
̀
đo
́
co
́
như
̃
ng ư
́
ng du
̣
ng rô
̣
ng ra
̃
i hơn trong tương lai.
“Đây la
̀
mô
̣
t hơ
̣
p châ
́
t thu
́
vi
̣

va
̀
kê
́
t qua
̉
thu đươ
̣
c râ
́
t tô
́
t.” Nha
̀
nghiên cư
́
u vê
̀
OLED ta
̣
i
đa
̣
i ho
̣
c Nam California, Mark Thompson nhâ
̣
n xe
́
t. “Chu

́
ng tôi se
̃
tiê
́
p tu
̣
c nghiên cư
́
u
va
̀
tra
̀
n đâ
̀
y hy vo
̣
ng la
̀
co
́
thê
̉
chê
́
ta
̣
o đươ
̣

c như
̃
ng ma
̀
n hi
̀
nh OLED co
́
ki
́
ch thươ
́
c lơ
́
n
hơn.”




Thu Hà (theo RSC)
hoahocvietnam.com


Vật liệu ZIFs và những triển vọng ứng dụng trong tương lai











Gần đây nhóm nghiên cứu của giáo sư O. M. Yaghi thuộc trường Đại học
California ở Los Angeles đã tổng hợp thành công một loại vật liệu mới có khả năng
lưu giữ một lượng đáng kể CO2-loại khí chủ yếu gây nên hiệu ứng nhà kính, phát thải
ra do quá trình sử dụng nhiên liệu hóa thạch của các ngành công nghiệp và các
phương tiện giao thông.


Vật liệu này được nhóm tác giả đặt tên là ZIFs được tạo thành từ mạng lưới là các
nguyên tử kim loại chuyển tiếp (M) (đặc biệt là kẽm và coban) liên kết với nhau bằng
các cầu nối là các phân tử hữu cơ imidazol (IM).
Các nguyên tử kim loại và imidazol liên kết với nhau theo kiểu liên kết tứ diện, tạo
thành góc liên kết M-IM-M gần bằng 145o, tương tự như góc liên kết Si-O-Si thường
thấy trong các zeolit.






Nhóm nghiên cứu cùng Giáo sư Omar M. Yaghi tại phòng thí nghiệm
Từ trái qua phải: Rahul Banerjee, UCLA postdoctoral research scholar in
chemistry; Anh Phan, UCLA graduate student in chemistry; and Bo Wang,
UCLA graduate student in chemistry.



Đã có 25 loại tinh thể ZIFs được tổng hợp, tất cả chúng đều có cấu trúc khung tứ diện
mở. Do có cấu trúc như thế nên ZIFs có độ xốp rất lớn với diện tích bề mặt riêng lên
đến 1970 m2/gam và đường kính mao quản lên đến 10Å . Một số ZIFs thể hiện khả
năng lưu giữ đặc biệt đối với khí CO2, một lít vật liệu ZIF-69 có thể lưu giữ được 83 lít
CO2 ở nhiệt độ 0oC dưới áp suất thường.
Theo giáo sư Yaghi, sở dĩ ZIFs có khả năng lưu giữ được một lượng lớn CO2 là do các
vòng benzen trong cấu trúc giống như những chiếc van khóa lấy các phân tử CO2
trong mao quản. Mặt khác, các nguyên tử cacbon của phân tử CO2 một phần mang
điện tích dương dễ dàng kết hợp với nguyên tử nitơ của imidazol trong cấu trúc mang
diện tích âm.




ZIF
Cấu trúc của vật liệu ZIFs


Ngoài ra, do độ bền nhiệt của ZIFs có thể lên đến 390oC và là loại vật liệu rắn, dễ thu
hồi và tái sử dụng sau khi dùng nên ZIFs còn có nhiểu triển vọng ứng dụng như: dùng
để tách hỗn hợp các hydrocacbon khác nhau, lưu trữ hydrogen và các ứng dụng khác.
Như vậy, với những tính chất này ZIFs sẽ là vật liệu được dùng để xử lý khí CO2 góp
phần làm giảm hiệu ứng nhà kính nguyên nhân gây nên sự ấm dần lên của khí hậu trái
đất. Ngoài ra, nó còn có nhiều triển vọng ứng dụng trong lĩnh vực xúc tác, hóa dầu và
nhiều lĩnh vực liên quan khác.




Khương Trung Thủy

hoahocvietnam.com


Tảo cát được chuyển thành phần tử Silic cảm biến










Trong vỏ Trái Đất tồn tại lượng lớn silic dưới dạng khoáng silicate, nhưng để chiết
lọc được đòi hỏi những điều kiện vô cùng nghiêm ngặt. Điều đó hiện nay đã thay đổi,
đó là nhờ công trình tiên phong của Ken Sandhage và đội ngũ các nhà khoa học vật
liệu của mình tại Học Viện Công nghệ Georgia của Atlanta ở Mỹ. Họ đã tìm ra một
phương pháp đơn giản biến đổi vỏ tảo cát- là bộ khung dựa trên oxyt silic phức tạp
của một loại đơn bào quang hợp phổ biến gọi là tảo cát thành các cấu trúc silic tinh
khiết với rất nhiều ứng dụng.


Việc tách rời các nguyên tử silic và oxy cần nhiệt độ cao của lò điện hồ quang lõi
than, và số lượng lớn gỗ, than củi hay than đá. Tại nhiệt độ khoảng 2000oC, carbon ở
nhiệt độ cao khử các hợp chất silic thành silic lỏng, khi làm lạnh sẽ thu được silic tinh
khiết 98%. Nếu được tinh chế thêm có thể cung cấp silic siêu tinh khiết cho ngành
công nghiệp điện.



Nhưng ở nhiệt độ khoảng 650oC, Sandhage và nhóm của ông nhận thấy rằng hơi
Magiê có thể khử lớp vỏ thủy tinh phức tạp của tảo cát đã chết thành hỗn hợp Oxyt
silic và Oxyt magiê. Sau đó tan ra trong Axit clohydric, còn lại silic tinh khiết có cấu
trúc nano mà cấu trúc này có hình dạng đường vân rất đẹp là bản sao chính xác của
vỏ tảo cát ban đầu.




Nó là một chất khí
Nhóm Atlanta cho rằng với cấu trúc có diện tích bề mặt lớn và lỗ xốp hở 3 chiều
những bản sao silic của vỏ tảo cát này có thể khiến chúng trở thành những phần tử
cảm biến khí cực nhỏ vô cùng lý tưởng. Người ta đã kiểm tra bằng cách gắn điện cực
platin vào một vỏ tảo silic, và áp một điện thế nhỏ. Không giống như Oxyt silic cách
điện, silic là một loại bán dẫn có thể truyền dòng điện với lượng biến đổi.


Cho cấu trúc tiếp xúc với dòng khí của khí mang Argon có chứa Oxyt nitơ (NO)
với dòng khí thổi qua cấu trúc vỏ giảm đi rõ rệt. Phần tử cảm biến có thể phát hiện ra
dễ dàng những thay đổi nồng độ của NO nhỏ chỉ đến vài phần triệu, thời gian phản
ứng lại và hồi phục của phần tử cảm biến cũng nhanh hơn nhiều so với các cảm biến
tương đương được chế tạo từ các bánh silic xốp thường có các lỗ xốp phẳng.




Một bản sao silic của bộ khung tảo cát còn lại sau khi rửa sạch Oxyt magiê.





Nhóm Atlanta còn tìm thấy rằng vỏ tảo silic phát quang mạnh dưới tia sáng cực tím
nếu trước đó nó được oxy hóa một phần do ngâm trong nước trong 40 ngày. Việc này
đặt nền tảng cho các phần tử cảm biến khí khác vì sự phát quang từ tinh thể silic nano
rỗng bị ảnh hưởng bởi sự có mặt của một lượng rất nhỏ các khí: nó giảm đi khi găp
mêtan, và tăng lên với carbon monoxide.


Nhóm làm việc gợi ý rằng vỏ tảo silic cũng có thể sử dụng trong pin. Diện tích bề
mặt lớn, thành mỏng, và lỗ bề mặt dễ tiếp cận làm cho vỏ tảo silic 3 chiều có tốc độ
truyền dẫn ion Liti cao và mật độ năng lượng đáng kể; biến nó thành vật liệu làm điện
cực lý tưởng trong pin Liti, Sandhage nói.


Cuối cùng, vỏ tảo silic cũng có thể nâng cao hiệu quả của phương pháp sắc ký
lỏng hiệu suất cao (HPLC) trong viêc tách và tinh chế phân tử sinh học. “Những lỗ
rỗng thông nhau và độ bền hóa học của chúng cho phép cột áp suất HPLC thấp hơn
hay cao hơn để đạt thời gian tách nhanh nhất”, Sandhage nói.




Minh Giang


(Theo Lionel Milgrom, RSC)
hoahocvietnam.com


Từ túi nhựa tới tà vẹt đường sắt









Theo lời của Patrick Walter viết trong tạp chí "Chemistry & Industry" của SCI, tà
vẹt đường sắt được làm từ chất dẻo phế liệu, kể cả những mảnh vụn của miếng chắn
ôtô và thùng máy vi tính tái sinh, có thể sắp được tìm thấy trên các tuyến đường sắt tại
vương quốc Anh.


Công ty Micron của Anh đã sản xuất tà vẹt từ phế liệu polystyrene và polyethylene.
Họ đã tiếp cận với Network Rail, nhà điều hành các tuyến đường sắt Anh quốc cho
việc thiết lập quan hệ đối tác. Polystyrene thường được dùng làm các tách cafe dùng
một lần rồi bỏ, còn polyethylene thường có trong các màn treo và túi xách. Các thanh
tà vẹt làm từ các vật dụng này nên sở hữu được độ bền có khả năng hàng thế kỷ. Điều
nay so sánh với độ bền chỉ vài chục năm nếu làm từ gỗ hoặc bê tông.


Chất liệu gỗ và bê tông có những bất lợi. Tà vẹt làm từ bê tông nặng và dễ nứt vỡ,
cũng như tà vẹt làm từ gỗ thì đòi hỏi phải được bảo trì và xử lý hóa chất để chống mục
rữa. Những kiểm tra về các thông số kỹ thuật cho thấy tà vẹt làm từ chất dẻo cũng
không thua kém làm từ bê tông. Vì thế, tà vẹt làm từ chất dẻo có đủ khả năng thay thế
cho các vật liệu khác. Chi phí cho việc bảo trì đường sắt và hệ thống tàu điện ngầm do
đó cũng giảm, giúp Network Rail đạt tới mục tiêu sử dụng 23% vật liệu tái sinh vào
năm 2012. Tà vẹt mới đã được kiểm tra và ứng dụng tại bang India, nơi có dự án sản
xuất của Micron.





Khánh Vân




(Theo Society of Chemical Industry)




hoahocvietnam.com


Một hợp kim mới có thể làm tăng nhiệt độ của động cơ








Những nhà khoa học về đo lường tại Phòng Thí nghiệm Vật lý Quốc gia Anh Quốc
vừa làm giảm sự thiếu chính xác trong bộ phận cảm biến nhiệt điện ở các mức nhiệt
cao. Điều này cho phép nhà máy sản xuất có thể cải thiện được hiệu suất, làm giảm sự
lãng phí trong khi hoạt động của các loại động cơ và làm giảm sự toả nhiệt của tên lửa.



Ở động cơ tên lửa, khi nhiệt độ càng lên cao thì hiệu năng làm việc của nó cao
hơn. Nhưng điều này yêu cầu động cơ nhiệt phải đạt đến hơn 1300 độ C. Nếu nhiệt độ
chênh lệch quá nhiều so với nhiệt độ tiêu chuẩn, động cơ rất có thể sẽ không hoạt
động.
Vật liệu của máy cảm biến được sử dụng sẽ chảy ra ở một nhiệt độ nóng chảy nào đó
(nhiệt độ chuẩn - cố định), nhưng thực tế vật liệu chỉ cho phép một vùng nhiệt độ nào
đó, bắt buộc động cơ nhiệt phải có vùng dao động nhiệt thấp hơn so với nhiệt độ
chuẩn.
Sử dụng một loại hợp kim mới, các nhà khoa học của Phòng Thí Nghiệm Vật Lí đã
phát hiện ra một vùng nhiệt độ chuẩn cho phép bộ phận cảm biến vượt qua ngưỡng
1100 độ C. Với sự đóng góp rất đáng tin tưởng này vào bộ phận cảm biến nhiệt độ,
những nhà sản xuất được mong chờ để bắt đầu cải tiến động cơ làm nóng và giảm sự
lãng phí trong suốt quá trình hoạt động của động cơ ở nhiệt độ cao.




Dương Lưu soạn dịch


Theo National Physical Laboratory UK


hoahocvietnam.com