Các nhà khoa học tại Trường Đại học Vanderbilt, Hoa Kỳ đã chế tạo thành công vật liệu ống nano cacbon có kích thước siêu nhỏ bằng cách sử dụng khí carbon dioxide thu được từ không khí. Bài báo về nghiên cứu được đăng tải trên Tạp chí ACS Ứng dụng Vật liệu và Giao diện.

Ống nano cacbon được biết đến là siêu vật liệu dạng ống với cấu tạo cứng hơn thép và tính dẫn điện hiệu quả hơn đồng. Tuy nhiên, vật liệu này chưa được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ từ pin nhiên liệu cho đến lốp xe, lý do là vì những tính chất cơ học lý tưởng này chỉ xuất hiện ở vật liệu ống nano có kích thước nhỏ đến mức cực đại và giá thành thì cực kỳ cao. Sản phẩm của nhóm nghiên cứu Vanderbilt không chỉ được chế tạo từ carbon dioxide lấy từ không khí mà còn có giá thành rẻ hơn nhiều so với các sản phẩm khác.

Trợ lý Giáo sư Kỹ sư Cơ khí Cary Pint gọi những vật liệu này là "vàng đen" với khả năng biến đổi tính chất của tác động của khí thải cacbon từ tiêu cực sang tích cực khi có thể được áp dụng trong công nghệ tương lai.

Pint cho biết: Một trong những ý tưởng thú vị nhất của nghiên cứu là chúng tôi đã sử dụng phương pháp điện hóa để phân ly phân tử carbon dioxide thành các phân tử cacbon và oxy và gắn kết chúng lại với nhau với độ chính xác ở cấp độ nanomet, biến các phân tử cacbon thành những dạng vật chất mới. Điều này đã mở ra cánh cửa đối với khả năng chế tạo ra các sản phẩm thực sự có giá trị bằng vật liệu ống nano cacbon.

Pint và nhóm của ông mô tả cách thức chế tạo ra hạt nano có kích thước nhỏ hơn 10.000 lần so với một sợi tóc người từ lớp phủ trên bề mặt thép không gỉ. Điều quan trọng nhất là phải tạo ra những ống nano có kích thước siêu nhỏ vì kích thước càng nhỏ thì hoạt động hóa học càng mạnh, giá trị của chúng vì đó cũng tăng lên.

Hiện nay, giá thành của ống nano carbon được coi là rẻ nhất trên thị trường là khoảng 100-200 USD/kg, Douglas cho biết. Tiến bộ nghiên cứu của chúng tôi mở ra một con đường tổng hợp vật liệu nano cacbon dạng ống với chất lượng tốt hơn, giá thành rẻ hơn và đặc biệt là sử dụng khí carbon dioxide thu được từ không khí.

Tuy nhiên, việc chế tạo ra vật liệu ống nano siêu nhỏ không hề đơn giản. Các nhà khoa học đã chứng minh rằng quá trình “chín muồi tinh thể Ostwald” (Ostwald ripening), trong đó, các hạt nano làm biến đổi kích thước của ống nano cacbon, khiến cho đường kính của ống lớn hơn, là một yếu tố quan trọng tương phản với quá trình tạo ra kích thước phù hợp hơn. Nhóm nghiên cứu khẳng định có thể khắc phục phần nào tình trạng này bằng cách điều chỉnh các thông số điện hóa để giảm thiểu số lượng hạt nano có kích thước quá lớn không mong muốn trên ống.

Từ công nghệ cốt lõi này, Pint và Douglas cùng đồng sáng lập SkyNano LLC - một công ty tập trung nghiên cứu cơ sở khoa học của quá trình này đã quyết định mở rộng quy mô cũng như thực hiện thương mại hóa các sản phẩm từ loại vật liệu này.

  Pint chia sẻ: Bài học chúng tôi nhận được là khoa học đã mở ra một cánh cửa để từ đó, chúng ta có thể chế tạo ra những loại vật liệu có giá trị nhất trên thế giới, chẳng hạn như kim cương và ống nano cacbon đơn vách (single-walled carbon nanotubes), từ khí carbon dioxide thu được từ không khí thông qua quá trình mà chúng tôi đã thực hiện.