Đột phá về tinh thể thở có thể cách mạng hóa năng lượng sạch
Đại học Quốc gia Pusan
Các nhà khoa học đã phát triển một loại tinh thể đặc biệt có khả năng thở oxy, có thể được sử dụng trong công nghệ năng lượng sạch và thiết bị điện tử thế hệ tiếp theo. Ảnh: Giáo sư Hyoungjeen Jeen từ Đại học Quốc gia Pusan, Hàn Quốc
Các nhà khoa học Hàn Quốc và Nhật Bản đã công bố một loại tinh thể "thở" đáng kinh ngạc, có thể hấp thụ và giải phóng oxy liên tục, gần giống như lá phổi sống.
Không giống như các vật liệu dễ vỡ trước đây, tinh thể này ổn định, có thể đảo ngược và hoạt động trong điều kiện nhẹ nhàng, khiến nó trở thành một bước ngoặt cho năng lượng sạch và công nghệ thông minh.
Tinh thể thở: Một đột phá trong vật liệu năng lượng sạch
Một nhóm các nhà nghiên cứu ở Hàn Quốc và Nhật Bản đã xác định được một loại tinh thể hoàn toàn mới thực sự có thể "thở". Vật liệu này có thể hấp thụ và giải phóng oxy liên tục ở nhiệt độ tương đối thấp. Đặc tính khác thường này có thể mở ra cánh cửa cho những tiến bộ vượt bậc trong các hệ thống năng lượng sạch, bao gồm pin nhiên liệu, cửa sổ thông minh điều chỉnh nhiệt và các thiết bị nhiệt thế hệ tiếp theo.
Vật liệu này là một oxit kim loại được chế tạo đặc biệt từ stronti, sắt và coban. Điều đáng chú ý là khả năng phục hồi của nó: khi được nung nóng trong môi trường khí đơn giản, tinh thể giải phóng oxy rồi lại hút oxy vào mà không bị phá vỡ. Chu trình này có thể lặp lại nhiều lần, khiến tinh thể này rất phù hợp cho các công nghệ thực tế.
Các nhà nghiên cứu đã phát triển một loại tinh thể mới có thể giải phóng và hấp thụ oxy ở nhiệt độ thấp. (Trái) oxy hấp thụ SrFe0.5Co0.5O2.5 và (phải) oxy giải phóng SrFe0.5Co0.5O2.25. Nguồn: Giáo sư Hyoungjeen Jeen từ Đại học Quốc gia Pusan, Hàn Quốc
Từ khám phá trong phòng thí nghiệm đến tiềm năng thực tế
Nghiên cứu đáng chú ý này được dẫn dắt bởi Giáo sư Hyoungjeen Jeen thuộc Khoa Vật lý, Đại học Quốc gia Pusan, Hàn Quốc, hợp tác với Giáo sư Hiromichi Ohta thuộc Viện Nghiên cứu Khoa học Điện tử, Đại học Hokkaido, Nhật Bản. Kết quả của họ đã được công bố trên tạp chí Nature Communications vào ngày 15 tháng 8 năm 2025.
"Nó giống như việc trao cho lá phổi pha lê và nó có thể hít vào và thở ra oxy theo lệnh", Giáo sư Jeen nói. Khả năng kiểm soát oxy theo cách này rất quan trọng đối với các thiết bị như pin nhiên liệu oxit rắn, có thể tạo ra điện từ hydro với lượng khí thải rất thấp. Nó cũng quan trọng đối với các bóng bán dẫn nhiệt, dẫn nhiệt theo cách tương tự như các công tắc dẫn điện, và đối với các cửa sổ thông minh có thể tự động điều chỉnh lượng nhiệt đi qua chúng tùy thuộc vào điều kiện bên ngoài.
Tại sao vật liệu này nổi bật?
Cho đến nay, hầu hết các vật liệu có thể thực hiện kiểu kiểm soát oxy này đều quá mỏng manh hoặc chỉ hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt, chẳng hạn như nhiệt độ cực cao. Vật liệu mới này hoạt động trong điều kiện ôn hòa hơn và vẫn ổn định.
"Phát hiện này đáng chú ý theo hai cách: chỉ có các ion coban bị khử, và quá trình này dẫn đến sự hình thành một cấu trúc tinh thể hoàn toàn mới nhưng ổn định", Giáo sư Jeen giải thích (xem hình trên). Họ cũng chứng minh rằng vật liệu có thể trở lại hình dạng ban đầu khi oxy được đưa trở lại, chứng minh rằng quá trình này hoàn toàn có thể đảo ngược.
“Đây là một bước tiến lớn hướng tới việc hiện thực hóa các vật liệu thông minh có thể tự điều chỉnh theo thời gian thực”, Giáo sư Ohta nói. “Các ứng dụng tiềm năng trải dài từ năng lượng sạch đến điện tử và thậm chí cả vật liệu xây dựng thân thiện với môi trường.”
Tài liệu tham khảo: “Sự khử chọn lọc trong epitaxial SrFe0.5Co0.5O2.5 và khả năng đảo ngược của nó” của Joonhyuk Lee, Yu-Seong Seo, Krishna Chaitanya Pitike, Gowoon Kim, Sangkyun Ryu, Hyeyun Chung, Su Ryang Park, Sangmoon Yoon, Younghak Kim, Valentino R. Cooper, Hiromichi Ohta, Jinhyung Cho và Hyoungjeen Jeen, ngày 15 tháng 8 năm 2025, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-025-62612-1
