Các đặc tính bổ sung của graphene và thủy tinh có nghĩa là chúng song hành cùng nhau một cách xuất sắc. Sự phát triển của các hợp nhất như vậy tiếp tục đặc biệt có lợi cho ngành công nghiệp ô tô.

 

Graphene là một vật liệu kỳ diệu thường được quảng cáo vì các đặc tính vật lý mới lạ của nó. Vật liệu này, bao gồm một lớp nguyên tử cacbon trong một sắp xếp mạng lục giác hai chiều, có độ bền cơ học, dẫn điện và nhiệt và tính linh hoạt, do đó nó trở thành một thành phần quan trọng trong sự phát triển của điện tử. Nhưng vật liệu đáng chú ý này có một đặc tính khác, thường ít được quảng cáo hơn, khi kết hợp với những khía cạnh này, nó trở nên hữu ích cho sự phát triển của kính và phim cách nhiệt - nó trong suốt về mặt quang học.

Sức mạnh và độ trong suốt quang học của graphene có nghĩa là động lực thương mại mạnh mẽ trong việc tạo ra và cải tiến phản ứng tổng hợp graphene/thủy tinh. Điều này được quan tâm đặc biệt trong ngành công nghiệp ô tô.

STEK ô tô

STEK Automotive chỉ là một trong số nhiều nhà phát triển trong lĩnh vực đang theo đuổi sự phát triển như vậy. Là một phần của việc này, công ty có trụ sở tại Hoa Kỳ vừa công bố ra mắt phim cách nhiệt gốm nano cao cấp, NEX. Phim cách nhiệt nano-gốm chứa graphene cùng với oxit vonfram và antimon thiếc để cung cấp cho các trình điều khiển độ trong như pha lê cũng như giảm tia cực tím và ánh sáng chói. Hai chất sau này là chất hấp thụ tia hồng ngoại hiệu quả, nghĩa là phim ngăn nhiệt truyền vào nội thất xe.

Khi NEX cung cấp những lợi ích này, nó cũng cho phép các tín hiệu điện từ đi qua nó mà không bị cản trở, do đó không làm gián đoạn các thiết bị điện tử và liên lạc trong xe.

Mặc dù là một bước quan trọng đối với màng thủy tinh làm từ graphene, nhưng NEX không phải là lần đầu tiên các nhà nghiên cứu cố gắng kết hợp các đặc tính bổ sung của chúng. 

Kể từ khi graphene lần đầu tiên được phân lập từ graphite vào năm 2004, nó đã thu hút sự quan tâm nghiên cứu lớn. Điều này đã bao gồm nhiều nỗ lực khác nhau để tích hợp nó với thủy tinh tạo ra sự kết hợp giữa graphene và thủy tinh tạo ra khả năng dẫn điện / nhiệt đáng chú ý và tính kỵ nước bề mặt mà không làm mất đi độ trong suốt của thủy tinh thông thường.

Một phần lý do khiến việc tích hợp thủy tinh và graphene trở thành một lĩnh vực tiêu điểm là do người ta phát hiện ra rằng graphene có thể được sử dụng làm vật liệu xung quanh trong suốt và cứng chắc. Điều này là do nó chỉ dày một nguyên tử và mỗi lớp graphene chỉ hấp thụ 2% ánh sáng chiếu vào nó. Điều này là do các trường điện từ của graphene bị giới hạn mạnh trong lớp đơn của nó³ nhưng các electron tự do di chuyển trên bề mặt của nó. 

Các electron tự do chỉ có thể hấp thụ một lượng nhỏ năng lượng. Và bởi vì các photon có bước sóng cụ thể nằm trong các gói năng lượng cố định - hay lượng tử - năng lượng, nên các điện tử tự do chỉ có thể hấp thụ một tập hợp giới hạn các photon. 

Điều này có nghĩa là độ trong suốt quang học của graphene và độ dẫn điện của nó có nghĩa là khi nó được kết hợp với kính, nó không chỉ hữu ích cho cửa sổ và kính chắn gió. Graphene cũng có thể hữu ích để tạo ra các dây dẫn điện có độ mềm dẻo cao, các sợi đa chức năng và các cảm biến có độ chính xác cao³.

Sức mạnh của graphen phát sinh từ thực tế là các nguyên tử cacbon được sắp xếp theo một cách đều đặn trong một mạng tinh thể liên kết với nhau bằng các liên kết cộng hóa trị. Tuy nhiên, có một lợi ích khác mà graphene mang lại cho thủy tinh liên quan đến độ bền của nó vượt xa độ bền kéo. 

Graphene và thủy tinh

Tất cả chúng ta đều quen thuộc với nguy cơ vỡ liên quan đến thủy tinh. Không còn nghi ngờ gì nữa, việc bổ sung graphene vào thủy tinh sẽ cải thiện độ bền kéo của nó và làm cho nó bền hơn. 

Tuy nhiên, điều ít quen thuộc hơn là thủy tinh cũng có thể dễ bị ăn mòn. Theo thời gian, ở độ ẩm và độ pH cao, nhiều loại thủy tinh có thể bắt đầu bị ăn mòn. Kính bị ăn mòn làm mất độ trong suốt và độ bền của nó bị giảm.

Vào năm 2016, các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Vật liệu Carbon Đa chiều (CMCM) thuộc Viện Khoa học Cơ bản (IBS), đã đi tiên phong trong một lớp phủ graphene bảo vệ kính khỏi bị ăn mòn.

Việc tạo ra thủy tinh tích hợp graphene thường liên quan đến việc đúc các tiểu cầu nano graphene trên thủy tinh hoặc phủ chuyển các màng graphene được trồng trên kim loại, nhưng một phương pháp phát minh khác là trực tiếp phát triển graphene trên thủy tinh². Phương pháp này, được nhóm IBS sử dụng, loại bỏ sự nhiễm bẩn và thiệt hại tiềm ẩn có thể gây ra trong quá trình tích hợp, dẫn đến kết hợp thủy tinh / graphene chất lượng cao hơn.

Sự ăn mòn có thể bắt đầu do sự hấp phụ của nước trên bề mặt thủy tinh. Các ion hydro từ nước sau đó khuếch tán vào kính và trao đổi với các ion natri có trên bề mặt kính. Độ pH của nước gần bề mặt thủy tinh tăng, cho phép cấu trúc silicat hòa tan. Do đó, tính chất kỵ nước của graphene có thể giúp giảm thiểu điều này. Kết quả là do tính trơ hóa học của nó, graphene là một rào cản hóa học tuyệt vời khi được sử dụng làm vật liệu phủ mỏng. Những phẩm chất này có nghĩa là graphene cũng có thể được sử dụng để bảo vệ các khu vực khác của xe, chẳng hạn như sơn, thân xe và trang trí bánh xe.

(Nguồn: azom.com)

 

Cảm ơn đã theo dõi hết bài viết!!!