Công nghệ in graphene có thể giúp tạo ra các mạch điện tử với giá rẻ, linh hoạt, dẫn điện cao và chống nước.
Công nghệ nano mới được phát triển này “sẽ mang lại những giá trị to lớn cho các sản phẩm điện tử đeo được/rửa được có khả năng tự làm sạch, miễn nhiễm với vết bẩn, quá trình hình thành băng đá và màng sinh học“.
“Chúng tôi sử dụng graphene giá rẻ, được in từ máy in mực, sau đó chuyển đổi chúng với tia laser để tạo ra các vật liệu có chức năng sử dụng được” – Jonathan Claussen, giáo sư trợ tá tại khoa Kỹ sư cơ khí Đại học bang Iowa cho biết.
Bài viết của Claussen trên tạp chí Nanoscale đã miêu tả lại quá trình ông và các kỹ sư công nghệ nano trong nhóm nghiên cứu của mình sử dụng công nghệ in mực để tạo ra các mạch điện tử trên các loại vật liệu có khả năng uốn dẻo. Cụ thể, trong trường hợp này, mực in được tạo thành bởi các phiến graphene mỏng – loại vật liệu của tương lai với tính dẫn điện và dẫn nhiệt cực cao, vô cùng bền bỉ, ổn định và tương thích sinh học.
Các phiến graphene khi mới được in ra có tĩnh dẫn điện chưa cao, và phải được xử lý nhằm loại bỏ các lớp kết dính không dẫn điện và hàn các phiến nhỏ lại với nhau nhằm tăng cường tính dẫn điện của chúng và khiến chúng hữu dụng trong việc tạo ra các thiết bị điện tử hay cảm biến.
Quá trình xử lý sau khi in thường được áp dụng nhiệt hoặc hoá chất. Nhưng Claussen và nhóm nghiên cứu đã phát triển được một tia laser bắn nhanh có thể thực hiện điều tương tự mà không làm hỏng bề mặt in, ngay cả khi bề mặt đó là giấy.
Hiện họ còn tìm ra được một ứng dụng khác của công nghệ tia laser nói trên: sử dụng các mạch điện bằng graphene có khả năng giữ nước (hydrophilic – chất háu nước) và biến chúng thành các mạch điện có khả năng chống nước (superhydrophobic – chất kị nước).
“Chúng tôi tiến hành thu nhỏ khuôn mẫu bề mặt của phiến graphene được in ra. Tia laser sẽ sắp xếp các phiến graphene theo chiều dọc, như xếp các kim tự tháp tí hôn lên nhau. Và đó chính là nguyên nhân dẫn đến khả năng chống nước” – Claussen nói.
Claussen cho biết mật độ năng lượng của tia laser có thể được điều chỉnh để thay đổi mức độ chống nước và tính dẫn điện của các mạch điện in bằng graphene.
Và nó mở ra vô số cơ hội cho các thiết bị điện tử và cảm biến mới trong tương lai.
“Một trong những thứ chúng tôi muốn phát triển là các loại vật liệu chống bám bẩn sinh học” – đồng tác giả Loreen Stromberg cho biết.
“Nó sẽ loại bỏ sự tích tụ trên bề mặt của các vật liệu sinh học có thể làm giảm sút hiệu năng của các thiết bị, ví dụ như các cảm biến sinh học hay hoá học”
Công nghệ này còn có tính ứng dụng trên các thiết bị điện tử uốn dẻo, các cảm biển có thể rửa được trong ngành dệt, công nghệ vi lỏng, giảm sự kéo, rã đông, cảm biến điện hoá, và công nghệ sử dụng các cấu trúc graphene và mô phỏng điện để sản xuất các tế bào gốc nhằm tái tạo thần kinh.
Các nhà nghiên cứu cho biết các nghiên cứu sâu hơn sẽ được thực hiện để hiểu rõ hơn làm cách nào mà các bề mặt nano và micro của các phiến graphene được in ra có thể tạo ra khả năng chống nước.
Công nghệ này hiện đang được Đại học bang Iowa đăng ký bản quyền và có thể sẽ được chuyển cho startup NanoSpy Inc., để thương mại hoá. NanoSpy – vốn nằm trong khuôn viên của khu nghiên cứu trường đại học này – đang phát triển các cảm biến để phát hiện các vi khuẩn hình que và các loại mầm bệnh khác trong quá trình chế biến thực vật.
Công nghệ in, xử lý và điều chỉnh graphene sẽ rất hữu dụng, bởi hiện các thiết bị điện tử đang ngày càng được tích hợp trên nhiều thứ hơn.
Tham khảo: Futurity
