Sợi nano dẻo có khả năng dẫn điện cao

Các nhà nghiên cứu của Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia Pháp tại Viện Charles Sadron và Viện Hóa Vật liệu Strasbourg dẫn đầu bởi Nicolas Giuseppone (1) và Bernard Doudin (2), đã thành công trong việc tạo ra các sợi dẻo có khả năng dẫn cao có chiều dày vài nanomet. Những sợi ano này được tạo ra bởi CNRS và đã được cấp bằng sáng chế, chúng sẽ tự kết hợp với nhau dưới ánh đèn flash. Không giống như ống nano các bon (3), chúng hoàn toàn không hề đắt và lại dễ sử dụng. Chúng kết hợp những ưu điểm của hai loại vật liệu được sử dụng để dẫn điện hiện nay là kim loại và các polime hữu cơ (4). Trên thực tế, đặc tính dẫn điện của chúng hoàn toàn tương tự như kim loại.

Thêm vào đó, đặc tính phát sáng và mềm như chất dẻo đã của chúng đang hứa hẹn giải quyết được một trong những thách thức quan trọng nhất của các linh kiện điện tử trong thế kỷ 21 là làm sao để thu nhỏ được kích thước của các linh kiện này xuống phạm vi nano mét . Công trình nghiên cứu này cũng được công bố ngày 22 tháng 4 năm 2012 trên website Nature Chemistry. Bước tiếp theo sẽ là đưa các sợi này ứng dụng trong công nghiệp, trong các thiết bị điện cũng như các màn hình dẻo, pin mặt trời…

Trong các công trình nghiên cứu đã được công bố trong năm 2010 (5), Giuseppon cùng đồng nghiệp lần đầu tiên đã tạo ra các dây nanno. Để có được bước đột phá này, họ đã biến đổi tính chất hóa học của các triarylamines, các phân tử nhân tạo đã được sử dụng nhiều trong nhiều thập niên trước trong công nghệ Xerox- photocopying. Kết quả ngoài sự mong đợi của họ khi họ quan sát thấycả trong dung dịch và ngoài không khí các phân tử mới này đã được sắp xếp 1 cách tự nhiên, đồng đều từ qui mô nhỏ tới qui mô dạng sợi. Những sợi dây này được coi như là siêu phân tử, tự tổng hợp của nhiều ngàn phân tử có chiều dài vài trăm nanomet (1nm = 10^-9m).

Ảnh AFM cho thấy các sơi dẫn siêu phân tử bị bẫy ở giữa 2 điện cực vàng đặt cách nhau 100 nm. Mỗi sợi này lại bao gồm nhiều sợi ngắn và có khả năng truyền dẫn điện như kim loại

Các nhà nghiên cứu này cũng đã cộng tác với nhóm của Doudin để nghiên cứu chi tiết các đặc tính điện của các sợi nano này. Đồng thời họ cũng tiến hành gắn các phân tử này trong các mạch điện bao gồm các điện cực bằng vàng đặt cách nhau 100 nm. Sau đó, các điện cực này sẽ được đặt trong một điện trường.

Những thông tin quan trong đầu tiên họ nhận được là các sợi này đã tự hình thành giữa các điện cực khi được kích thích bởi ánh sáng từ đèn flash. Và điều kỳ diệu tiếp theo là những cấu trúc giống như những tia sáng và lại mềm như chất dẻo của chúng lại có thể truyền dẫn với mật độ dòng rất cao, lớn hơn 2.10⁶ A.cm^-2, giống như của dây đồng. Thêm vào đó, chúng lại có trở kháng thấp khi tiếp xúc với kim loại (6): thấp hơn 10 000 lần so với những polime hữu cơ tốt nhất.

Họ hy vọng sẽ chứng minh được rằng những sợi nano của họ có thể ứng dụng trong công nghiệp để giảm kích thước các linh kiện điện tử như là màn hình dẻo, pin mặt trời, tranzito hay các mạch in cỡ nano mét, v.v.

Chú thích
(1) Viện nghiên cứu Charles Sadron
(2) Viện Hóa-Lý trường Đại học Chimie des Matériaux de Strasbourg (CNRS / Université de Strasbourg).
(3) Sợi nano các bon với đường kính 2 nm, có các tính chất dẫn điện, dẫn nhiệt, và cơ tính cao, bởi vậy mở ra triển vọng lớn cho những ứng dụng trong các mạch điện vi mô.
(4) Những phân tử hữu cơ rất lớn, có nguồn gốc trong các thực thể sống hoặc từ sản phẩm dầu mỏ chứa chủ yếu các bon và hydro.
(5) The Hierarchical Self-Assembly of Charge Nanocarriers: A Highly Cooperative Process Promoted by Visible Light; Giuseppone, N. et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 6974-78
(6) Phản lực tương tác của vật dẫn với dòng điện.
Dich từ nguồn Sciencedaily.com