Thiết bị chế tạo nano Graphen đa lớp từ hợp chất Graphit

Vật liệu nano graphen đang được xem là một trong những loại vật liệu có tiềm năng đem lại hiệu quả cao trong nhiều ứng dụng, chúng không những có đặc tính của vật liệu nano mà còn có các tính chất đặc trưng mà nhiều loại vật liệu khác khó có thể có được như: Độ bền cơ, lý, hóa, nhiệt; tính chất dẫn điện, dẫn nhiệt cao, ít độc tính…Graphen đang được xem là một loại vật liệu mới của tương lai, nó có thể thay thế cho chất bán dẫn silicon làm vật liệu nền trong công nghiệp chế tạo các bóng bán dẫn, các linh kiện điện tử, pin năng lượng, pin nạp lại, các siêu tụ điện có dung lượng lớn, có tốc độ phóng nạp nhanh, đồng thời có trọng lượng và kích thước nhỏ gọn. Khi trộn vào vật liệu nhựa, graphen có thể biến chúng thành chất dẫn điện đồng thời làm cho chúng chịu nhiệt tốt hơn, bền với môi trường hóa học và mạnh mẽ hơn về mặt cơ học.

Để chế tạo được các cấu trúc graphen đơn lớp, có diện tích 2D lớn vẫn đang là một thách thức về mặt chất lượng và giá thành. Trong khi đó loại graphen trương nở (đa lớp) được chế tạo từ graphite có giá thành thấp, công nghệ không quá phức tạp, cho phép chúng có thể ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực đời sống, nhanh chóng đem lại hiệu quả kinh tế cao, đáp ứng được nhu cầu phát triển ứng dụng của nước ta hiện nay. Hình 1 là quy trình công nghệ và thiết bị chế tạo vật liệu graphen từ hạt GIC (Graphite Intercalation Compounds) do nhóm nghiên cứu đề xuất để chế tạo vật liệu graphen đa lớp số lượng lớn từ hợp chất graphit quy mô pilot.

Hình 1. Lưu đồ quy trình và thiết bị chế tạo graphen đa lớp từ hạt GIC

Nhóm nghiên cứu thiết kế và chế tạo thành công hệ thiết bị chế tạo graphen đa lớp từ hạt GIC công suất 01kg/ngày, hệ thiết bị làm việc tự động, ổn định và liên tục. Hệ thiết bị có cấu tạo hoàn chỉnh gồm các bộ phận: Hệ nạp liệu, buồng phản ứng, bộ phận thu và phân loại sản phẩm, và các bộ phận điện tử điều khiển quá trình nạp, vận chuyển nguyên liệu và khống chế nhiệt độ buồng phản ứng. Với các kết quả nghiên cứu trên nhóm nghiên cứu đã được Cục sở hữu trí tuệ cấp Bằng độc quyền sáng chế về “Phương pháp và thiết bị chế tạo lá nano graphen đa lớp từ hợp chất Graphit” số 34682 ngày 13/12/2022.

Hình 2. Ảnh bằng độc quyền sáng chế và sản phẩm graphen đa lớp

Các tính chất vật lý và đặc tính vi mô của vật liệu graphen thu được sử dụng hệ thiết bị chế tạo của nhiệm vụ đã được đánh giá qua các phép đo: Độ hấp phụ dầu DO, mức độ giãn nở thể tích và phép đo hiển vi điện tử quét SEM.

Hình 3. Ảnh 01 gam graphen đa lớp chiếm thể tích 300 ml và ảnh đo SEM

Sản phẩm graphen đa lớp thu được bước đầu được xem xét định hướng ứng dụng trong những mục đích khác nhau như: Vật liệu làm sạch môi trường (hấp phụ, thu hồi dầu và các chất thải công nghiệp trong môi trường nước), vật liệu tổ hợp nano polymer đẫn điện, tản điện tích tĩnh điện, vật liệu gia cường biến tính cao su và nhiều ứng dụng khác.

Nguồn tin: Bùi Hiển, Ban Ứng dụng và Triển khai công nghệ
Xử lý tin: Thanh Hà