NGHIÊN CỨU - ỨNG DỤNG

Siêu xi măng có thể trở thành chất dẫn nhiệt trong suốt

06/09/2016 - 04:13 CH

Các nhà khoa học Hoa Kỳ và Nhật Bản đã hợp tác chế tạo được loại xi măng mayenite mới. Đây là vật liệu thông minh vì nó có thể chuyển đổi từ chất cách nhiệt thành chất dẫn nhiệt trong suốt và ngược lại.

Vật liệu này còn có các tính chất độc đáo khác phù hợp để sản xuất các hóa chất công nghiệp như amoniac và để sử dụng làm chất bán dẫn cho màn hình phẳng.

"Chúng tôi muốn loại bỏ indi và galli hiện đang được sử dụng trong hầu hết mọi loại màn hình phẳng", Peter Sushko, nhà khoa học vật liệu tại Phòng thí nghiệm quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương (PNNL) thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ nói. "Nghiên cứu này sẽ hướng chúng tôi đến việc thay thế chúng bằng các nguyên tố dồi dào không độc hại như canxi và nhôm".

Bí mật về khả năng kỳ lạ của xi măng mayenite là sự thay đổi nhỏ trong thành phần hóa học của nó, nhưng các nhà nghiên cứu không biết vì sao thay đổi này lại gây ảnh hưởng lớn đến vật liệu còn được gọi là C12A7. Trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã chứng minh cách các thành phần của C12A7 được gọi là điện tử ion âm, chuyển đổi C12A7 tinh thể thành thủy tinh bán dẫn.

Cách đây hơn một thập kỷ, Hideo Hosono, nhà khoa học vật liệu tại Viện Công nghệ Tokyo và các cộng sự đã tách nguyên tử oxy từ tinh thể của oxit C12A7 và biến đổi vật liệu cách điện trong suốt thành chất dẫn điện trong suốt. Chuyển đổi này hiếm xảy ra vì vật liệu dẫn điện trong suốt: Hầu hết các chất dẫn diện không trong suốt (như kim loại) và hầu hết các vật liệu trong suốt không dẫn điện (như kính cửa sổ).

Đối với tinh thể, việc tách oxy khỏi oxit C12A7 để lại một cặp điện tử và tạo ra vật liệu electride. Vật liệu này khá ổn định trong môi trường không khí, nước và nhiệt độ xung quanh, trong khi hầu hết các electride tan rã trong những điều kiện đó. Các nhà khoa học vật liệu muốn khai thác cấu trúc và tính chất của electride C12A7 do tính ổn định của nó. Tuy nhiên, tính chất tinh thể của vật liệu không phù hợp với các quy trình công nghiệp quy mô lớn nên các nhà nghiên cứu cần phải tạo ra một loại thủy tinh tương đương với C12A7 electride.

Cách đây vài năm, các nhà nghiên cứu đã làm được điều này. Hosono và các cộng sự đã chuyển đổi electride C12A7 tinh thể thành thủy tinh. Loại thủy tinh này mang nhiều tính chất của electride tinh thể như tính ổn định đáng chú ý.

VLXD.org (TH)