Làm chủ công nghệ các bon nanô, mở đường cho những ứng dụng mới

<p style="text-align: justify;"><span data-start="0" data-end="259" data-is-last-node="" data-is-only-node="">Các bon nanô đang mở ra nhiều hướng ứng dụng trong cảm biến môi trường, xử lý ô nhiễm, tản nhiệt và lưu trữ năng lượng. Nghiên cứu của nhóm PGS.TS. Nguyễn Văn Chúc, Viện Khoa học vật liệu, </span>Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đang từng bước đưa vật liệu này từ phòng thí nghiệm vào thực tiễn.</p>

Trong phát triển công nghệ cao, khoảng cách từ một vật liệu có tính chất ưu việt đến một sản phẩm có khả năng ứng dụng không hề ngắn. Với graphene, ống nanô các bon (CNTs) hay nitrua bo lục giác (hBN), thách thức không chỉ là tạo ra vật liệu mà còn phải kiểm soát được cấu trúc, biến tính bề mặt và tích hợp với các vật liệu khác để tạo ra tính năng phù hợp.

Đây là hướng được nhóm nghiên cứu của PGS.TS. Nguyễn Văn Chúc tập trung giải quyết thông qua nhiệm vụ “Phát triển nhóm nghiên cứu xuất sắc hạng II về nghiên cứu chế tạo và ứng dụng vật liệu các bon nanô tích hợp với một số vật liệu liên quan” (mã số NCXS02.03/24-25).

Thay vì dừng ở nghiên cứu đặc tính vật liệu, nhóm triển khai theo chuỗi từ chế tạo, chức năng hóa đến thử nghiệm ứng dụng. Các tấm nanô graphene và hBN được bóc tách từ vật liệu khối bằng công nghệ rung siêu âm công suất lớn kết hợp nghiền bi hành tinh. Bề mặt vật liệu tiếp tục được cải biến để tăng khả năng kết hợp với các thành phần khác.

Một kết quả đáng chú ý là quy trình gắn các hạt nanô vàng (Au) và bạc (Ag) lên CNTs, graphene và hBN. Sự kết hợp này tạo ra các vật liệu tổ hợp đa chức năng, qua đó cải thiện khả năng truyền dẫn điện tích, hoạt tính xúc tác và độ nhạy của cảm biến.

Giá trị của hướng nghiên cứu được thể hiện rõ hơn khi vật liệu được đưa vào những bài toán cụ thể. Với cảm biến trên cơ sở graphene, CNTs và nanô vàng, nhóm có thể phát hiện dư lượng thuốc bảo vệ thực vật ở nồng độ cỡ phần tỷ (ppb), mở ra hướng hỗ trợ giám sát chất lượng nông sản và an toàn thực phẩm.

Trong xử lý môi trường, vật liệu tổ hợp graphene, hBN và TiO₂ được thử nghiệm để quang xúc tác phân hủy Rhodamine B và Methylene Blue, những chất màu thường xuất hiện trong nước thải công nghiệp. Trong khi đó, CNTs, graphene và hBN cũng được sử dụng để phát triển kem tản nhiệt và chất lỏng tản nhiệt cho vi xử lý máy tính, chip LED công suất lớn, hướng tới nâng cao hiệu quả truyền nhiệt và tuổi thọ thiết bị.

Các bon nanô còn được thử nghiệm trong lớp phủ composite nền niken nhằm cải thiện khả năng chống mài mòn, cũng như trong vật liệu điện cực pin lithium với mục tiêu nâng cao hiệu suất tích trữ và độ ổn định. Những hướng nghiên cứu này cho thấy cùng một nền tảng vật liệu có thể được phát triển cho nhiều lĩnh vực khác nhau nếu làm chủ được công nghệ chế tạo và chức năng hóa.

Theo PGS.TS. Nguyễn Văn Chúc, điều quan trọng không chỉ là tạo ra vật liệu mới mà phải làm chủ công nghệ chế tạo và xử lý để từ đó phát triển được nhiều ứng dụng. Đây cũng là giá trị lớn hơn của nhiệm vụ: hình thành năng lực nghiên cứu có tính liên tục từ vật liệu nền tảng đến thử nghiệm ứng dụng.

Bên cạnh các kết quả khoa học, nhiệm vụ góp phần đào tạo nghiên cứu sinh, học viên cao học, mở rộng hợp tác nghiên cứu và tạo ra các công bố quốc tế thuộc nhóm Q1, Q2 cùng một sáng chế được Cục Sở hữu trí tuệ chấp nhận đơn hợp lệ.

Khi nhu cầu về vật liệu mới ngày càng tăng trong các lĩnh vực năng lượng, điện tử và công nghệ môi trường, việc làm chủ các bon nanô không chỉ tạo thêm một hướng nghiên cứu. Quan trọng hơn, đó là bước xây dựng năng lực công nghệ nền tảng, giúp Việt Nam chủ động hơn trong phát triển các sản phẩm công nghệ cao và các giải pháp phục vụ tăng trưởng xanh.