Biến các loại rác thải có chứa Cacbon thành một loại “Vật liệu kỳ diệu”

Quy trình mới biến các loại rác thải có chứa Cacbon thành một loại ‘Vật liệu kỳ diệu’ có nhiều ứng dụng quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp trên thế giới. Đây là một giải pháp cực kỳ tối ưu trong việc phát triển công nghiệp đồng thời xử lý rác thải nhựa trong thời kì khủng hoảng môi trường hiện nay.

Các nhà khoa học tại trường Đại học Rice University bang Texas, Hoa Kỳ đã phát triển một kỹ thuật mới có tên “Flash Graphene” để biến hầu hết mọi loại rác thải có chứa carbon – từ vỏ chuối cho đến các lốp xe hơi thành các tấm graphene có ứng dụng cực lớn trong khoa học cũng như là nhiều ngành công nghiệp trên thế giới trong thời gian vô cùng ngắn và có chi phí vô cùng rẻ mạc.

1. Graphene và ứng dụng của chúng:

Graphen hay graphene là tấm phẳng dày bằng một lớp nguyên tử của các nguyên tử carbon với liên kết sp2 tạo thành dàn tinh thể hình tổ ong. Tên gọi của nó được ghép từ “graphit” (than chì) và hậu tố “-en” (tiếng Anh là “-ene”); trong đó chính than chì là do nhiều tấm graphen ghép lại, chiều dài liên kết cacbon-cacbon là 0,142 nm. Hai nhà khoa học Andrei Geim và Konstantin Sergeevich Novoselov khám phá ra graphen đã được trao Giải Nobel Vật lý năm 2010. Từ đó đến nay, graphene luôn được gọi với cái tên “vật liệu thần kỳ”.

Graphene là vật liệu mạnh nhất thế giới (có độ bền lớn hơn thép đến tận 300 lần), do đó có thể được sử dụng để tăng cường sức mạnh của các vật liệu khác. Hàng chục nghiên cứu đã chứng minh rằng việc thêm một lượng graphene thương mại vào nhựa, kim loại hoặc các vật liệu khác có thể làm cho các vật liệu này mạnh hơn nhiều – hoặc nhẹ hơn (vì bạn có thể sử dụng ít vật liệu hơn để đạt được sức mạnh tương tự).

Với khả năng dẫn nhiệt tốt nhất thế giới, graphene hữu ích trong cả vi điện tử (ví dụ để làm cho ánh sáng LED hiệu quả hơn và lâu dài hơn ) và trong nhiều ứng dụng có quy mô lớn hơn – ví dụ như lá nhiệt cho thiết bị di động. Được biết, điện thoại thông minh mới nhất của Huawei cũng áp dụng các tấm phim nhiệt bằng graphene.

Ngoài ra, vật liệu thần kì này còn được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp năng lượng với ứng dụng chế tạo pin hoặc những siêu tụ điện.

Với ứng dụng vô cùng to lớn và hiện nay vẫn chưa thể tối ưu hóa khả năng sản xuất chúng. Vì vậy nên graphene luôn được xem như một loại vật liệu vô cùng đắt đỏ trên thế giới với giá thành rơi vào khoảng 100 – 200 $ cho duy nhất 1 gam vật liệu thần kỳ này.

2. Kỹ thuật Flash Graphene:

Theo thông tin được biết thì trong quá trình tái chế, rác thải sẽ bị làm nóng lên đến 3.000 độ Kelvin (2.727 độ C hoặc 4.940 độ F) với mục đích phá vỡ các liên kết carbon bên trong các vật liệu, sau đó được tái cấu trúc thành graphene chỉ trong một phần nghìn giây nhờ vào công nghệ của nhóm ngiên cứu.

Không có dung môi hoặc phụ gia hóa học được sử dụng cho quá trình này và các nguyên tố phi carbon khác được giải phóng dưới dạng khí. Hơn nữa, quá trình này tạo ra rất ít nhiệt dư thừa và những thiết bị chứa sẽ được làm mát vô cùng nhanh chóng khiến cho hiệu suất của quá trình luôn được giữ vững.

Nghiên cứu này có ý nghĩa vô cùng lớn nhất là khi loài người đang trải qua thời kỳ khủng hoảng với hàng tỷ tấn rác thải nhựa. Thêm nữa, việc có thể sản xuất được graphene với giá thành rẻ mạt và nhanh chóng lại càng là một lợi thế vô cùng to lớn trong thời kì hiện nay.

Nguồn: Bài viết được thực hiện bởi đội ngũ Science Realm.
Các tài liệu tham khảo thêm của bài viết: ScienceAlert, Nature, graphene-info.com và Wikipedia.