Vật liệu thuỷ tinh thông minh

Các nhà khoa học đã phát triển một phương pháp nhúng phân tử nano phát sáng vào thuỷ tinh mà vẫn giữ được đặc tính của chúng để cho ra đời vật liệu “thuỷ tinh lai thông minh” có tính ứng dụng cao trong công nghệ như làm màn hình hiển thị 3D hoặc cảm biến bức xạ từ xa và cả y học.

Mô phỏng quá trình nhúng

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Adelaide, Úc đã phát triển một phương pháp nhúng phân tử nano phát sáng vào thuỷ tinh mà không làm mất bất kỳ đặc tính nào của chúng – đây là một bước tiến lớn để tạo ra những ứng dụng từ “thuỷ tinh thông minh” trong màn hình hiển thị 3D hoặc cảm biến bức xạ từ xa.  Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Vật liệu quang học cao cấp.

Loại “thuỷ tinh lai” mới này kết hợp thành công các đặc tính phát quang đặc biệt của phân tử nano với những đặc tính của thủy tinh như tính trong suốt và khả năng dễ xử lý thành các hình dạng khác nhau, trong đó có thể tạo thành các sợi quang học rất nhỏ.

“Những phân tử nano phát quang mới này, gọi là phân tử nano chuyển đổi ngược, đã trở thành một loại vật liệu đầy hứa hẹn cho một loạt các ứng dụng công nghệ siêu cao như cảm biến sinh học, hình ảnh y sinh học và hiển thị 3D”, tác giả chính của nghiên cứu, Tiến sĩ Tim Zhao, làm việc ở Khoa Vật lý và Viện Photon học và Cảm biến cao cấp (IPAS) thuộc Đại học Adelaide cho biết.

“Đưa các phân tử nano vào thuỷ tinh – vốn có thuộc tính trơ đã mở ra một khả năng mới cho các “vật liệu lai” và các thiết bị mà có thể tận dụng lợi thế của tính chất của các phân tử nano theo cách mới mà trước đây chúng tôi chưa thể làm được. Có nhiều ứng dụng, ví dụ như các nhà thần kinh học hiện nay đang đưa một loại thuốc nhuộm vào não và dùng những tia laser để có thể đưa các ống thuỷ tinh vào những vị trí mà họ cần. Nếu các phân tử nano huỳnh quang này được nhúng vào các ống thuỷ tinh đó, tính phát quang độc đáo của loại “thuỷ tinh lai” này có thể tự toả sáng như ngọn đèn để đưa các ống thuỷ tinh này trực tiếp đến các tế bào thần kinh riêng biệt”.

Mặc dù phương pháp này mới được phát triển trên các phân tử nano chuyển đổi ngược mới, các nhà nghiên cứu tin rằng phương pháp tiếp cận mới này có tính khái quát cho các phân tử nano khác có tính photon, tính điện tử và từ tính. Sẽ có rất nhiều ứng dụng – tuỳ thuộc vào tính chất của các phân tử nano.

“Nếu chúng tôi pha trộn được thuỷ tinh với các phân tử nano và vật liệu đó nhạy cảm với bức xạ và sau đó kéo vật liệu thuỷ tinh lai đó thành sợi, chúng ta có thể có một cảm biến từ xa hữu ích cho các cơ sở hạt nhân”, tiến sĩ Zhao nói.

Đánh giá về kết quả này, trưởng dự án, Giáo sư Heike Ebendorff-Heideprem, Phó Giám đốc IPAS nói: “Với phương pháp nhúng mới, bao gồm tổng hợp các phân tử nano và thuỷ tinh riêng biệt sau đó kết hợp chúng trong điều kiện thích hợp, chúng tôi đã có thể để giữ cho các phân tử nano nguyên vẹn và đồng thời phân tán khắp vật liệu thuỷ tinh mà vẫn giữ được tính năng của các phân tử nano và độ trong gần như nguyên vẹn của thuỷ tinh. Chúng tôi đang hướng tới việc sản xuất ra một loại thuỷ tinh lai hoàn toàn mới và các thiết bị cho công nghệ dựa vào quang học”. Dù vậy, ông cho rằng còn hạn chế, “mặc dầu có sự tiến bộ đáng kể trong nghiên cứu về lĩnh vực này, nhưng vẫn còn những hạn chế trong kiểm soát cấu trúc của thuỷ tinh và các phân tử nano – dẫn đến hạn chế cho việc phát triển các ứng dụng liên quan”.

Thu Quỳnh dịch