Phát triển thành công phương pháp biến đổi carbon nhờ tia sáng điện

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Rice (Mỹ) đã phát triển phương pháp mới giúp biến carbon từ nhiều nguồn khác nhau thành những dạng hữu ích như graphene hoặc kim cương.

Kỹ thuật này sử dụng một “tia sáng” điện để đốt nóng carbon. Sau đó, chuyển carbon thành dạng cuối cùng được xác định bởi độ dài của tia sáng. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí ACS Nano.

Dòng điện chạy qua vật liệu chứa carbon và làm nóng chúng.

Kỹ thuật này được gọi là nung thuần trở tia sáng (FJH). Nhóm nghiên cứu đã mô tả phương pháp đó lần đầu tiên vào tháng 1/2020. Theo đó, một dòng điện chạy qua các vật liệu có chứa carbon. Dòng điện làm nóng các vật liệu đó đến khoảng 2.727 độ C. Nhờ đó, chuyển đổi carbon thành cácmảnh turbostratic graphene.

Hiện tại, các nhà nghiên cứu đã hoàn thiện quy trình để tạo ra những vật liệu khác. Các tia sáng ban đầu kéo dài 10 mili giây.

Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu nhận thấy, bằng cách thay đổi thời lượng từ 10 - 500 mili giây, họ có thể khiến carbon chuyển đổi thành những dạng khác.

Khoảng thời gian này cho phép carbon có thể biến đổi thành kim cương nano và “carbon đồng tâm”.Đây là hiện tượng khi các nguyên tử carbon tạo thành lớp vỏ xung quanh lõi kim cương nano.

Để hỗ trợ quá trình này, các hợp chất flo hữu cơ và tiền chất được thêm vào hỗn hợp ngay từ đầu. Một số nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng, flo giúp các nguyên tử carbon kết dính với nhau mạnh mẽ hơn.

Điều đó cho phép tạo ra các viên kim cương nano trong điều kiện dễ dàng hơn. Bởi, thông thường, quá trình này cần áp suất rất cao.

Nhóm nghiên cứu cho biết, quy trình FJH mới có thể giúp sản xuất hàng loạt những dạng khác. Trong khi đó, những phương pháp truyền thống sẽ rất khó để thực hiện điều tương tự.

Cụ thể, kim cương nano flo sẽ mang lại nhiều lợi ích hơn trong các linh kiện điện tử, như chất bán dẫn. Tuy nhiên, thông thường, quá trình tạo ra sản phẩm này cần đòi hỏi việc đưa tạp chất vào chất bán dẫn.

James Tour - Trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết: “Đối với ngành công nghiệp, kim cương nano đã được sử dụng từ lâu trong các dụng cụ cắt và làm chất cách điện. Phiên bản flo hóa ở đây cung cấp một lộ trình để sửa đổi các cấu trúc này. Đồng thời, luôn có một nhu cầu lớn về graphene, trong khi họ flo được sản xuất ở số lượng lớn”.

Cũng theo nhà nghiên cứu này, các cấu trúc có vỏ đồng tâm đã được sử dụng làm chất phụ gia. Phương pháp sử dụng tia sáng này có thể mang lại cách làm nhanh chóng với mức giá hợp lý trong việc chuyển đổi các chất.

Nhóm nghiên cứu chia sẻ, các bước tiếp theo của quá trình sẽ là thử nghiệm sử dụng những chất phụ gia khác như bo, phốt pho và nitơ.