Công nghệ vật liệu

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

Màn hình OLED có nhiều ưu điểm
hơn so với màn hình tinh thể lỏng
(LCD) thông dụng hiện nay. Trong đó
quan trọng nhất là ánh sáng từ các
màn hình OLED được chiếu trực tiếp
từ các polymer hữu cơ làm cho hình
ảnh hiển thị sáng và trong hơn so với


bộ phận lọc màu của các màn hình
LCD. Điều đó có nghĩa là các màn
hình OLED không cần ánh sáng nền,
chúng tiêu thụ ít điện hơn và có thể
chế tạo các màn hình mỏng hơn
nhiều. Thậm chí, các nhà khoa học
vật liệu hy vọng có thể in cả OLED
trực tiếp lên các bề mặt, hay dùng để
chế tạo các bóng đèn huỳnh quang rẻ
tiền hơn.
Tuy nhiên, để khai thác có hiệu
quả ánh sáng phát ra từ các polymer
thì cần có thêm một lớp phát xạ làm
từ vật liệu có lân quang. Mặt khác sự
chuyển đổi phóng xạ này còn giúp
giảm lãng phí, thay vì chuyển thành

ánh sáng bình thường thì nó làm tăng
độ sáng và sự trong suốt của hình ảnh.

OLED có thể tạo ra hàng loạt tia sáng
với màu sắc ấn tượng
Vật
này
các
lớn,

liệu phù hợp nhất cho mục đích
chính là phức chất Iridi (III) với
phối tử mạch vòng có cấu trúc
giúp đảm bảo độ bền, thời gian


đáp ứng nhanh và truy xuất được các
màu sắc trong vùng quang phổ nhìn
thấy. Tuy nhiên sản xuất ra loại phức
chất này đòi hỏi nhiệt độ cao hay cần
có chất xúc tác đắt tiền, và việc tráng
chất này lên polymer hữu cơ là một
quá trình phức tạp. Điều này đã hạn
chế việc dùng OLED trên các ứng
dụng nhỏ như điện thoại di động.
Giờ đây, một đội nghiên cứu do Biao
Wang dẫn đầu tại trường đại học Sun
Yat-Sen, thuộc Quảng Châu (Trung
Quốc) đã có thể giải quyết được vấn

đề, bằng cách phát triển một loại phức
chất Iridi mới vừa dễ chế tao lại vừa
dễ tan, tạo ra khả năng có thể phun nó


lên các bề mặt. Bí quyết của tính tan
nằm ở việc chọn phối tử là các phenol
tạo ra sự cản trở về mặt không gian.
Các nhà nghiên cứu cho biết phức
chất của họ gồm có nguyên tử Iridi kết
hợp với ba phối tử là dẫn xuất của
phthalazine, chất này đã được tổng
hợp một cách tình cờ từ Iridi clorua
trong điều kiện êm dịu và không có
xúc tác. Phát hiện này có thể làm đơn
giản hoá quá trình sản xuất, giảm giá
thành OLEDs, từ đó có những ứng
dụng rộng rãi hơn trong tương lai.
“Đây là một hợp chất thú vị và kết quả
thu được rất tốt.” Nhà nghiên cứu về
OLED tại đại học Nam California,


Mark Thompson nhận xét. “Chúng tôi
sẽ tiếp tục nghiên cứu và tràn đầy hy
vọng là có thể chế tạo được những
màn hình OLED có kích thước lớn
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.