Khoa học vật liệu đã đạt được bước đột phá quan trọng với sự ra đời của vật liệu carbon mới “Monolayer Amorphous Carbon” (Monolayer Amorphous Carbon,MAC). Vật liệu này được phát triển bởi các nhà khoa học từ Đại học Quốc gia Singapore (NUS) và Đại học Rice（Rice University）, thu hút sự chú ý rộng rãi trong giới học thuật nhờ vào độ bền và độ dẻo dai vượt trội.
Mục lục
Vấn đề về độ bền và độ giòn
Ngay cả những vật liệu cứng nhất cũng không thể tránh khỏi việc xuất hiện vết nứt dưới áp lực, đây luôn là thách thức mà các nhà khoa học vật liệu cố gắng vượt qua. Mặc dù graphene có độ bền cực cao, nhưng do tính chất dễ vỡ, một khi xuất hiện vết nứt, nó sẽ nhanh chóng lan rộng và dẫn đến sự sụp đổ của cấu trúc, hạn chế ứng dụng thực tế của nó.
Cấu trúc độc đáo của MAC: Kết hợp giữa độ bền và độ dẻo dai.
Phát hiện về MAC đã thành công trong việc giải quyết mâu thuẫn giữa độ bền và độ dẻo dai. Giống như graphene, MAC cũng là vật liệu hai chiều hoặc có độ dày chỉ một nguyên tử. Tuy nhiên, khác với graphene, MAC không hoàn toàn tinh thể mà là vật liệu composite được tạo thành từ sự kết hợp giữa các vùng tinh thể và vùng không tinh thể. Cấu trúc đặc biệt này không chỉ giữ được độ bền cao của graphene mà còn mang lại độ dẻo dai gấp tám lần so với graphene. Chính cấu trúc composite này đã mang lại độ dẻo dai đặc trưng cho MAC, điều này cho thấy phương pháp thiết kế composite có thể là một cách hiệu quả để giảm độ giòn của vật liệu hai chiều.
Bongki Shin, nghiên cứu sinh ngành Khoa học Vật liệu và Kỹ thuật Nano tại Đại học Rice và là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: “Cấu trúc độc đáo này có thể ức chế hiệu quả sự lan rộng của vết nứt, giúp vật liệu hấp thụ nhiều năng lượng hơn trước khi bị gãy.”
Mở rộng tiềm năng ứng dụng của vật liệu hai chiều
Vật liệu hai chiều, nhờ vào các đặc tính vật lý và hóa học độc đáo, có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như sản phẩm điện tử, lưu trữ năng lượng, cảm biến và công nghệ đeo được. Tuy nhiên, tính giòn bẩm sinh của chúng luôn là một rào cản lớn đối với việc ứng dụng thực tế.
Để vượt qua thách thức này, các nhà khoa học đã đề xuất hai chiến lược tăng cường độ bền：
Tăng cường độ bền bên ngoài — Thêm cấu trúc nano gia cố vào màng mỏng.
Tăng cường độ bền bên trong — Nâng cao độ bền bằng cách thay đổi cấu trúc bên trong của vật liệu.
Cấu trúc của MAC cung cấp một mô hình tham chiếu lý tưởng để nghiên cứu độ bền gãy của vật liệu composite nano, chứng minh tính khả thi của chiến lược tăng cường độ bền nội tại.
Kiểm chứng khoa học và phát triển tương lai
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng kính hiển vi điện tử quét để thực hiện thử nghiệm kéo căng tại chỗ, quan sát trực tiếp quá trình hình thành và lan rộng của các vết nứt trong MAC. Đồng thời, nhóm nghiên cứu của Markus Buehler tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã sử dụng mô phỏng động lực học phân tử để phân tích cách sự kết hợp giữa vùng tinh thể và vùng vô định hình ảnh hưởng đến năng lượng gãy của vật liệu ở cấp độ nguyên tử.
“Việc tổng hợp và hình ảnh hóa các vật liệu siêu mỏng không trật tự ở cấp độ nguyên tử là một thách thức lớn, điều này trước đây rất khó thực hiện,” Yimo Han, Phó Giáo sư Khoa Khoa học Vật liệu và Kỹ thuật Nano tại Đại học Rice và là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết. “Nhờ sự phát triển của công nghệ tổng hợp vật liệu nano và hình ảnh hóa độ phân giải cao, chúng tôi đã phát hiện ra một phương pháp mới để tăng cường đáng kể độ bền của vật liệu hai chiều mà không cần thêm lớp nào.”
Kết quả nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí học thuật quốc tế “Matter”, mở ra những khả năng mới cho thiết kế và ứng dụng của vật liệu hai chiều trong tương lai. Phát hiện này không chỉ cung cấp một chiến lược hiệu quả để vượt qua tính giòn của vật liệu mà còn đặt nền móng cho sự phát triển của các linh kiện điện tử hiệu suất cao, thiết bị linh hoạt và cảm biến tiên tiến.
Tài liệu tham khảo
- Vật liệu hai chiều đột phá “carbon vô định hình đơn lớp” ra đời, độ bền vượt trội gấp tám lần so với graphene.
- A New Carbon Super-Material Is 8x Tougher Than Graphene
- “Tăng cường độ bền nội tại của vật liệu composite carbon nano đơn lớp vô định hình”，Tác giả：Bongki Shin、Bo Ni、Chee-Tat Toh、Doug Steinbach、Zhenze Yang、Lucas M. Sassi、Qing Ai、Kangdi Niu、Junhao Lin、Kazu Suenaga、Yimo Han、Markus J. Buehler、Marku、Hyaal 395 月 75 月，25 月 25 月 25月。 DOI: 10.1016/j.matt.2025.102000
（首圖來源：Gustavo Raskoksy/萊斯大學)
Về mài mòn: Chúng tôi cung cấp các điều chỉnh tùy chỉnh để điều chỉnh tỷ lệ theo nhu cầu gia công, nhằm đạt hiệu quả tối đa.
Hãy liên hệ với chúng tôi, sẽ có chuyên gia hỗ trợ giải đáp cho bạn.
Nếu cần báo giá tùy chỉnh, hãy liên hệ với chúng tôi.
Thời gian hỗ trợ khách hàng: Thứ Hai đến Thứ Sáu, từ 09:00 đến 18:00.
phone：07 223 1058
Nếu có chủ đề muốn tìm hiểu hoặc không thể nói rõ qua điện thoại, hãy nhắn tin trực tiếp qua Facebook nhé~~
honway fb：https://www.facebook.com/honwaygroup
Các bài viết mà bạn có thể quan tâm…
[wpb-random-posts]
