Những điều cần biết về "siêu vật liệu" Graphen

Trong những năm qua graphen đã trở thành một từ khóa khá phổ biến: đây là một loại vật liệu mới với các đặc tính hứa hẹn sẽ mang lại những thay đổi cách mạng. Chính xác graphen là gì và chúng ta có thể mong chờ gì từ nó?

Graphen, một dạng hiếm của carbon, được công bố tại đại học Manchester năm 2004. Nó chứa các lớp carbon độ dày một nguyên tử, kết nối với nhau tạo thành lưới hình lục giác. Chính vì vậy mà graphen có thể bền hơn thép tới 200 lần nhưng nhẹ hơn 6 lần, đồng thời dẫn nhiệt, dẫn điện và cực kỳ nhạy sáng dù gần như trong suốt.

Từ khi được phát hiện, các nhà khoa học và kỹ sư đã tìm rất nhiều cách để sử dụng vật liệu đặc biệt này. Dưới đây là một số ứng dụng của graphen mà bạn có thể sẽ được thấy trong tương lai gần:

1. Chip xử lí

Theo định luật Moore, cứ khoảng 18 tháng thì sức mạnh của CPU lại tăng lên gấp đôi. Nhưng vì kích thước các bóng bán dẫn silicon sắp đạt đến giới hạn nên có thể điều này sẽ không còn đúng nữa.

Tuy vậy, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng graphen có thể sử dụng kết hợp với silicon nhằm tạo ra các chip xử lí nhanh hơn, nhỏ hơn và tốn ít năng lượng hơn. IBM đã đầu tư 3 tỷ đô vào nghiên cứu graphen và nhiều khả năng bộ vi xử lý graphen đầu tiên sẽ có mặt trên thị trường vào 2019.

Trong viễn cảnh sắp tới, chip graphen có thể sẽ nhanh hơn chip xử lý truyền thống nhiều lần, mang lại một bước đột phá lớn cho thế giới điện toán.

2. Pin

Chúng ta đang ở vào thời hoàng kim của các thiết bị di động nên rõ ràng pin có một vai trò hết sức quan trọng. Samsung đã đạt được một vài thành công nhất định trong việc đưa graphen vào pin Lithium-ion. Dongxu cũng hé lộ viên pin graphen đầu tiên trên thế giới có dung lượng 4800mAh nhưng có thể sạc đầy chỉ trong 15 phút. Sản phẩm hiện chưa được bán ra.

Những viên pin này sẽ có thời lượng sử dụng gấp 5 lần pin Li-ion dung lượng tương đương và có thể sạc rất nhanh. Thêm vào đó chúng không độc hại và không có nguy cơ cháy nổ.

Với các siêu tụ graphen, smartphone có thể chạy trong một tuần với chỉ một lần sạc, xe điện cũng có thể đi xa hơn và cạnh tranh với các xe dùng động cơ đốt trong, đồng thời khi sạc bạn sẽ chỉ mất vài phút thay vì vài giờ (hiện thời gian sạc vẫn là một thử thách; đối với các phương tiện dùng điện).

3. Mạch in

Graphen nếu được in dưới dạng mạch lên giấy (hay các vật liệu khác) sẽ có thể đọc được bởi các đầu đọc RFID. Vé tàu xe, các thiết bị đeo, màn hình và cảm biến uốn cong hay thậm chí là hình xăm điện tử sử dụng công nghệ này có thể sẽ trở nên phổ biến trong tương lai gần.

4. Cảm biến camera

Graphen nhạy sáng hơn loại silicon đang được sử dụng trong các cảm biến camera hiện nay. Điều này mở ra cơ hội hoạt động tốt hơn trong điều kiện thiếu sáng cho camera. (Nokia được cho là đang sản xuất môt loại smartphone có camera dùng cảm biến graphen hứa hẹn tốn ít năng lượng hơn và rẻ hơn các camera hiện tại).

Tính trong suốt của graphen (cho phép 97,7% ánh sáng đi qua) cũng mang lại tiềm năng cho camera 3D lẫn các camera lấy nét sau. Các lớp graphen có thể được sắp xếp sao cho ảnh chụp có thể lấy nét ở các vị trí khác nhau, kể cả sau khi chụp.

5. Loa

Âm thanh từ loa được tạo nên từ sự rung động của các bộ phân trong loa, dẫn tới việc loa cần phải có đủ không gian và chính điều đó ảnh hưởng đến kích cỡ của chúng.

Các nhà nghiên cứu Hàn Quốc đã sử dụng nguyên lý thermoacoustics (tạo ra âm thanh bằng cách liên tục làm nóng và làm nguội vật liệu) để làm loa từ graphen aerogel mỏng và không cần rung. Những chiếc loa như vậy rất phù hợp với các thiết bị di động, đồng thời có thể được lắp đặt dễ dàng lên tường hay trong các TV màn hình phẳng.

6. Màn hình cảm ứng

Vì graphen gần như trong suốt hoàn toàn, nó có thể được phủ lên kính nhằm tăng độ bền cho màn hình cảm ứng của smartphone.

Graphen cứng hơn kim cương, do đó một màn hình phủ graphen gần như không thể bị phá hủy, hoặc chí ít sẽ không vỡ khi bạn trượt tay. Kính phủ graphen cũng có thể dùng cho kính chắn gió, cửa sổ,.. Màn hình uốn cong sử dụng graphen cũng sẽ khó vỡ hơn.

7. Dụng cụ thể thao

Graphen cực kỳ nhẹ và bền. Đó là 2 yếu tố luôn được chú trọng ở các thiết bị thể thao, và trong hầu hết các môn thể thao thì chỉ nhẹ đi một chút đã là một lợi thế lớn. Các xe đạp cao cấp sử dụng sợi carbon là một ví dụ điển hình.

Graphen được kết hợp với sợi carbon có thể làm giảm khối lượng trong khi vẫn giữ được sức bền. Công ty Dassi (Anh) đã sản xuất được khung xe đạp chứa graphen với trọng lượng 750 gam, hứa hẹn sẽ giảm xuống còn 350 gam trong tương lai gần.

Việc giảm khối lượng cũng ảnh hưởng không ít tới thế giới công nghệ khi mà người dùng ngày càng chú trọng tới các sản phẩm nhanh hơn, nhẹ hơn, mỏng hơn. Nếu các thiết bị dùng graphen còn rẻ hơn nữa thì mọi thứ sẽ rất tuyệt vời.

Graphen và tương lai

Những thứ nói trên chỉ là một số ứng dụng của graphen mà bạn có khả năng tiếp cận trong tương lai gần. Có thể graphen sẽ còn được áp dụng vào các ngành công nghiệp và y tế.

Hiện tại vẫn chưa biết được liệu graphen có thể đáp ứng kỳ vọng mà chúng ta đặt ra hay không. Việc thay đổi thế giới sẽ là tất yếu nếu tiềm năng của nó được phát hiện, bất chấp tính thực tế có thể sẽ bị ảnh hưởng bởi giá thành hay các vấn đề trong quá trình sản xuất.

Phương Nam