Văn Tâm
TANIXA – nano-bio technology
Một nhóm các nhà khoa học quốc tế đã tạo ra một loại vật liệu nanocomposite quang học gốc sinh học có tính chất kháng lại các tia sáng mạnh. Vật liệu này chứa các tinh thể tellurium kích cỡ nano phân tán trong nền polymer được chứng minh là có thể bảo vệ các linh kiện điện tử của máy bay, thiết bị bay không người lái (drone),camera giám sát…khỏi sự tấn công của các tia sáng năng lượng cao như laze.
“Công trình nghiên cứu này mở ra một hướng nghiên cứu hấp dẫn có các ứng dụng hữu ích trong các lĩnh vực như y sinh, môi trường và an ninh. Vật liệu này còn có thể được ứng dụng trong lĩnh vực viễn thông, sợi quang học, xử lý laze”, giáo sư Werner J. Blau, người đứng đầu nghiên cứu, thuộc Trung tâm nghiên cứu CRANN và AMBER, Ireland cho biết.
Tellurium là một nguyên tố hóa học kí hiệu Te và số hiệu nguyên tử 52. Gần đây vật liệu từ Te được nghiên cứu nhiều bởi vì chúng sở hữu tính chất đặc biệt là độ linh động hạt tải cao (high carrier-mobility). Độ linh động hạt tải là khả năng mà các hạt tải (điện tử hay lỗ trống) di chuyển nhanh hay chậm trong vật liệu kim loại hay bán dẫn dưới tác động của một điện trường khiến chúng trở thành vật liệu lý tưởng để chế tạo các linh kiện quang tử và quang học thế hệ kế tiếp.
Quang phi tuyến (nonlinear optical) là một phân ngành của quang học, nghiên cứu những hiện tượng xuất hiện do hệ quả của sự biến đổi tính chất quang học của hệ vật chất khi có sự hiện diện của ánh sáng. Trong nghiên cứu của mình, các nhà khoa học ở Trung tâm nghiên cứu CRANN và AMBER đã phát triển thành công vật liệu quang học phi tuyến (nonlinear optical material) từ các que nano tellurium.
Hình 1: Quy trình tổng hợp sinh học và phân tích vật liệu tellurium (Bio-Te). a Sơ đồ tổng hợp các tinh thể nano tellurium bằng vi khuẩn kị khí (anaerobic bacteria), Bacillus selenitireducens. b Hình chụp các tinh thể Bio-Te bằng kính hiển vi điện tử quét SEM. c Sự phân tán của Bio-Te trong PmPV/toluene (trên) và trong chỉ toluene (dưới), PmPV là viết tắt của poly(m-phenylenevinylene)-co-2,5-dioctoxy-phenylenevinylene. d Hình chụp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) của tinh thể nano Bio-Te bao bọc bởi các lớp. Ảnh nhỏ là ảnh chụp dùng kỹ thuật biến đổi Fourier nhanh (Fast Fourier Transformation (FFT))
Trong khi hầu hết các loại vật liệu quang học được tổng hợp qua con đường hóa học độc hại, sử dụng nhiệt độ cao, giá đắt thì trong nghiên cứu này các tác giả sử dụng các vi khuẩn kị khí Bacillus selenitireducens xử lý các oxy anion của Te như các chất thu nhận electron, khử Te đến trạng thái nguyên tố, cho phép chúng hình thành ở nhiệt độ phòng với mục đích giảm giá thành và ít độc hại hơn. Nhóm nghiên cứu kì vọng vật liệu mới này sẽ là đóng một vai trò chủ chốt cho các thiết bị quang học và quang điện tử thế hệ tiếp theo, với việc dùng vi khuẩn để tạo ra các tinh thể nano là một cách thức tổng hợp thân thiện với môi trường.
Trong nghiên cứu này, Bio-Te hình thành một composite bền với polymer PmPV. Composite này hấp thu mạnh ánh sáng trong các vùng khả kiến, hồng ngoại gần và trung. Ngoài ra chúng còn thể hiện tính dập tắt phi tuyến (nonlinear extinction – là khả năng làm tắt dần các ánh sang chiếu vào trong các vật liệu phi tuyến) mạnh với ánh sáng phát ra ở cường độ rất cao (nhịp xung nano giây), vật liệu này không chỉ chịu đựng được mà còn làm giảm cường độ để bảo vệ các linh kiện khỏi bị hư hại.
Nhóm nghiên cứu kì vọng là vật liệu này sẽ mở rộng phạm vi sử dụng ra hơn nữa, đặc biệt là trong lĩnh vực viễn thông quang học. Chúng sẽ có ích trong việc mở rộng công suất băng thông, độ rộng băng thông và tốc độ chuyển mạch.
Tài liệu tham khảo:
https://www.materialstoday.com/optical-materials/news/nanocomposite-protects-against-laser-attack
Bài báo:
Kangpeng Wang, Xiaoyan Zhang, Ivan M. Kislyakov, Ningning Dong, Saifeng Zhang, Gaozhong Wang, Jintai Fan, Xiao Zou, Juan Du, Yuxin Leng, Quanzhong Zhao, Kan Wu, Jianping Chen, Shaun M. Baesman, Kang-Shyang Liao, Surendra Maharjan, Hongzhou Zhang, Long Zhang, Seamus A. Curran, Ronald S. Oremland, Werner J. Blau & Jun Wang. Bacterially synthesized tellurium nanostructures for broadband ultrafast nonlinear optical applications. Nature Communications 10, Article number: 3985 (2019). DOI: 10.1038/s41467-019-11898-z
