Ảnh minh họa: AI

Graphene được xem là một trong những vật liệu giàu tiềm năng nhất hiện nay nhờ đặc tính bền, nhẹ và khả năng ứng dụng trong điện tử, pin, cảm biến và nhiều công nghệ tiên tiến. Tuy nhiên, quá trình sản xuất vật liệu này thường đòi hỏi thiết bị chuyên dụng và hóa chất đắt tiền.

Nghiên cứu công bố trên tạp chí ACS Sustainable Resource Management cho thấy graphene có thể được tạo ra bằng một phương pháp đơn giản hơn, dựa trên nguyên lý bóc tách pha lỏng. Nhóm nghiên cứu đã tận dụng than chì, báo cũ và các vật dụng quen thuộc trong gia đình để tách những lớp carbon mỏng từ vật liệu ban đầu.

Than chì được cấu tạo từ nhiều lớp carbon xếp chồng lên nhau, trong khi một lớp đơn lẻ chính là graphene. Vật liệu này thường xuất hiện trong các thiết bị điện tử, đặc biệt ở những bộ phận có chức năng tản nhiệt.

Thay vì sử dụng thiết bị xử lý chuyên dụng, các nhà khoa học đã cho than chì vào dung dịch và sử dụng máy xay sinh tố để tạo lực cơ học, giúp tách các lớp carbon. Sau đó, họ sử dụng một chiếc rây lọc thường dùng trong bếp để loại bỏ những mảnh vật liệu lớn chưa được phân rã hoàn toàn.

Nhóm nghiên cứu cũng tháo dỡ một chiếc điện thoại cũ để thu hồi than chì, cho thấy những phế phẩm như rác thải điện tử có thể trở thành nguồn nguyên liệu cho quá trình tạo ra các tấm carbon mỏng.

Một trong những thách thức lớn của quá trình bóc tách than chì là các lớp carbon sau khi tách ra có thể nhanh chóng kết dính trở lại. Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã tận dụng cellulose có trong báo cũ.

Giấy báo được rửa, làm mềm bằng nước máy rồi xay thành hỗn hợp giàu chất xơ. Khi than chì được xử lý trong dung dịch này, các thành phần có nguồn gốc từ cellulose giúp hạn chế hiện tượng các tấm carbon dính lại với nhau.

Nếu không có vật liệu từ giấy báo, phần carbon đã xử lý có thể lắng xuống trong nước chỉ sau vài phút. Khi bổ sung chất xơ từ báo cũ, hỗn hợp duy trì được trạng thái ổn định trong nhiều giờ và có thể sử dụng trở lại sau khi lắc nhẹ.

Dù vẫn cần đến các thiết bị phân tích chuyên dụng để xác nhận sự hình thành của graphene, quy trình xử lý ban đầu lại sử dụng những vật liệu rất dễ tìm và chi phí thấp.

Đưa nghiên cứu vật liệu nano đến gần hơn

Nghiên cứu mới được xem như bước tiếp nối các thí nghiệm trước đây, khi các nhà khoa học từng tạo graphene từ những vật liệu quen thuộc như ruột bút chì, nước máy, xà phòng, thiết bị nhà bếp và màng lọc cà phê.

Lần này, nhóm nghiên cứu tiến thêm một bước khi thử nghiệm khả năng tận dụng cả thiết bị giá rẻ lẫn vật liệu bị bỏ đi. Các nhà khoa học cho rằng máy xay sinh tố khó có thể thay thế các dây chuyền sản xuất graphene công nghiệp, nhưng phương pháp này có thể hỗ trợ các nghiên cứu ở quy mô nhỏ.

Cách tiếp cận mới này có thể giúp trường học, phòng thí nghiệm cộng đồng và các nhóm nghiên cứu nhỏ thực hiện những bước xử lý ban đầu với chi phí thấp, trước khi đưa mẫu đến các cơ sở chuyên dụng để phân tích.

Nghiên cứu cũng cho thấy một hướng đi thú vị của kinh tế tuần hoàn trong lĩnh vực khoa học vật liệu. Những tờ báo cũ và thiết bị điện tử bị bỏ đi có thể trở thành nguồn nguyên liệu cho các công nghệ trong tương lai, với một chiếc máy xay sinh tố đóng vai trò bất ngờ trong quá trình biến rác thải thành vật liệu nano.