Các nhà khoa học phát hiện ra vật liệu có thể được làm như nhựa nhưng dẫn điện như kim loại

Các nhà khoa học phát hiện ra vật liệu có thể được làm như nhựa nhưng dẫn điện như kim loại

    Các nhà khoa học phát hiện ra vật liệu có thể được làm như nhựa nhưng dẫn điện như kim loại
    của Đại học Chicago

    University of Chicago scientists discover material that can be made like a plastic but conducts like metal
    Một nhóm các nhà khoa học thuộc Đại học Chicago đã phát hiện ra cách tạo ra một vật liệu có thể được làm giống như nhựa, nhưng dẫn điện giống kim loại hơn. Trên đây, các thành viên của phòng thí nghiệm Anderson tại nơi làm việc. Ảnh: John Zich / Đại học Chicago


    Các nhà khoa học thuộc Đại học Chicago đã phát hiện ra cách tạo ra một vật liệu có thể được làm giống như nhựa, nhưng dẫn điện giống kim loại hơn.

    Nghiên cứu được công bố ngày 26 tháng 10 trên tạp chí Nature, chỉ ra cách tạo ra một loại vật liệu trong đó các mảnh phân tử lộn xộn và rối loạn, nhưng vẫn có thể dẫn điện cực tốt.

    Điều này đi ngược lại với tất cả các quy tắc mà chúng ta biết về độ dẫn điện — đối với một nhà khoa học, nó giống như việc nhìn thấy một chiếc ô tô đang lái trên mặt nước mà vẫn đi được 70 dặm / giờ. Nhưng phát hiện cũng có thể cực kỳ hữu ích; nếu bạn muốn phát minh ra thứ gì đó mang tính cách mạng, quy trình này thường bắt đầu bằng việc khám phá ra một vật liệu hoàn toàn mới.

    "Về nguyên tắc, điều này mở ra thiết kế của một loại vật liệu hoàn toàn mới dẫn điện, dễ tạo hình và rất bền trong các điều kiện hàng ngày", John Anderson, phó giáo sư hóa học tại Đại học Chicago cho biết. tác giả cao cấp về nghiên cứu. "Về cơ bản, nó gợi ý những khả năng mới cho một nhóm vật liệu công nghệ cực kỳ quan trọng", Jiaze Xie (Ph.D. '22, hiện tại Princeton), tác giả đầu tiên của bài báo cho biết.

    'Không có một lý thuyết vững chắc nào để giải thích điều này'

    Vật liệu dẫn điện là vô cùng cần thiết nếu bạn đang chế tạo bất kỳ loại thiết bị điện tử nào, cho dù đó là iPhone, tấm pin mặt trời hay TV. Cho đến nay nhóm chất dẫn điện lâu đời nhất và lớn nhất là các kim loại: đồng, vàng, nhôm. Sau đó, khoảng 50 năm trước, các nhà khoa học đã có thể tạo ra các chất dẫn điện làm từ vật liệu hữu cơ, sử dụng phương pháp xử lý hóa học được gọi là "doping", rắc các nguyên tử hoặc electron khác nhau xuyên qua vật liệu.

    Điều này là thuận lợi vì những vật liệu này linh hoạt hơn và dễ gia công hơn so với kim loại truyền thống, nhưng vấn đề là chúng không ổn định lắm; chúng có thể mất độ dẫn điện nếu tiếp xúc với độ ẩm hoặc nếu nhiệt độ quá cao.

    Nhưng về cơ bản, cả hai chất dẫn kim loại hữu cơ và truyền thống này đều có chung một đặc điểm. Chúng được tạo thành từ các hàng nguyên tử hoặc phân tử thẳng hàng, xếp khít nhau. Điều này có nghĩa là các electron có thể dễ dàng di chuyển qua vật liệu, giống như những chiếc ô tô trên đường cao tốc. Trên thực tế, các nhà khoa học cho rằng vật liệu phải có những hàng thẳng hàng, trật tự này để dẫn điện một cách hiệu quả.

    Sau đó, Xie bắt đầu thử nghiệm với một số vật liệu được phát hiện từ nhiều năm trước, nhưng phần lớn bị bỏ qua. Ông xâu chuỗi các nguyên tử niken giống như ngọc trai thành một chuỗi các hạt phân tử làm từ cacbon và lưu huỳnh, và bắt đầu thử nghiệm.

    Trước sự ngạc nhiên của các nhà khoa học, vật liệu này dẫn điện dễ dàng và mạnh mẽ. Hơn nữa, nó rất ổn định. Xie cho biết: “Chúng tôi đã làm nóng nó, làm lạnh nó, để nó tiếp xúc với không khí và độ ẩm, thậm chí nhỏ axit và bazơ vào nó, và không có gì xảy ra”. Điều đó vô cùng hữu ích đối với một thiết bị phải hoạt động trong thế giới thực.

    Nhưng đối với các nhà khoa học, điều đáng chú ý nhất là cấu trúc phân tử của vật liệu đã bị rối loạn. Anderson nói: “Từ một bức tranh cơ bản, đó không thể là kim loại. "Không có một lý thuyết vững chắc nào để giải thích điều này."

    Xie, Anderson, và phòng thí nghiệm của họ đã làm việc với các nhà khoa học khác xung quanh trường đại học để cố gắng tìm hiểu cách vật liệu có thể dẫn điện. Sau các thử nghiệm, mô phỏng và nghiên cứu lý thuyết, họ nghĩ rằng vật liệu này tạo thành các lớp, giống như các tấm trong món lasagna. Ngay cả khi các tờ giấy quay sang một bên, không còn tạo thành một chồng lasagna gọn gàng, các electron vẫn có thể di chuyển theo chiều ngang hoặc chiều dọc — miễn là các mảnh chạm vào nhau.

    Kết quả cuối cùng là chưa từng có đối với một vật liệu dẫn điện. Anderson nói: “Nó gần giống như Play-Doh dẫn điện — bạn có thể đặt nó vào vị trí và nó dẫn điện.

    Các nhà khoa học rất phấn khích vì khám phá này gợi ý một nguyên tắc thiết kế mới về cơ bản cho công nghệ điện tử. Họ giải thích rằng dây dẫn rất quan trọng nên hầu như bất kỳ sự phát triển mới nào cũng mở ra những dòng mới cho công nghệ.

    Một trong những đặc điểm hấp dẫn của vật liệu là các lựa chọn mới để chế biến. Ví dụ: kim loại thường phải được nấu chảy để được tạo thành hình dạng phù hợp cho một con chip hoặc thiết bị, điều này hạn chế những gì bạn có thể tạo ra với chúng, vì các thành phần khác của thiết bị phải có khả năng chịu nhiệt cần thiết để xử lý Những vật liệu này.

    Vật liệu mới không có hạn chế như vậy vì nó có thể được tạo ra ở nhiệt độ phòng. Nó cũng có thể được sử dụng khi nhu cầu về một thiết bị hoặc các mảnh của thiết bị để chịu nhiệt, axit hoặc kiềm, hoặc độ ẩm đã hạn chế các lựa chọn phát triển công nghệ mới của các kỹ sư trước đây.

    Nhóm cũng đang khám phá các dạng và chức năng khác nhau mà vật liệu có thể tạo ra. "Chúng tôi nghĩ rằng chúng tôi có thể làm cho nó 2D hoặc 3D, làm cho nó xốp hoặc thậm chí giới thiệu các chức năng khác bằng cách thêm các trình liên kết hoặc nút khác nhau, "Xie nói.

    Zalo
    Hotline