Sau nhiều thử nghiệm, nhóm lý giải được, việc phun sẽ tạo ra các hạt dung môi rất nhỏ cỡ micromet, nhờ đó sợi nano đồng sẽ có thể cuộn theo các hạt dung môi đó và vẫn giữ nguyên được hình dạng khi phủ lên trên bề mặt lớp phát quang. “Hình dạng đó giống như một sợi dây được cuộn lại nên khi bị kéo ra, sợi dây không đứt và dòng chảy electron bên trong sợi đồng vẫn được bảo toàn”, TS. Hùng giải thích.
Những phát hiện mấu chốt như vậy đã góp phần giúp nhóm đạt được kết quả ấn tượng. Theo đó, điện cực của họ có độ sáng đạt 97,6 cd/m2 và có thể gập, cuộn, xoắn mạnh, kéo giãn tới 100% mà vẫn duy trì khả năng dẫn điện sau một tháng, thậm chí còn sáng hơn gấp hai lần. “Đây là hiệu ứng Poisson: khi thiết bị được kéo ra thì chiều dài của nó tăng lên đi cùng với chiều dày giảm đi, do đó điện trường trên lớp phát sáng sẽ tăng lên, cung cấp nhiều năng lượng hơn để phát sáng”, TS. Hùng giải thích. Đồng thời, họ còn tối ưu được điện trở, giúp cho ngưỡng điện áp khi thiết bị bắt đầu phát sáng thấp hơn nhiều so với các nghiên cứu khác, từ đó giảm công suất tiêu thụ điện cũng như an toàn hơn khi mặc lên cơ thể con người trong các ứng dụng tương lai.
Không phải là điều tình cờ
Nếu không quá quen thuộc với môi trường khoa học, có thể sẽ có người đặt câu hỏi: liệu đây có phải là một thành quả ngẫu nhiên? Song, nếu không có những kết quả nghiên cứu tích lũy kéo dài 8 năm theo hướng tổng hợp vật liệu để chủ động hoàn toàn được quy trình sản xuất và tối ưu tỉ lệ chiều dài/đường kính của sợi nano đồng, có thể nhóm của TS. Hùng cũng đã dễ dàng lướt qua những điểm đặc biệt như vậy. Vào năm 2014, sợi nano đồng do nhóm chế tạo có tỉ lệ giữa chiều dài và đường kính là 100, nhưng hiện nay con số này đã lên tới 3,000 - một tỉ lệ rất lớn giúp giữ cho điện trở của thiết bị ở mức rất thấp (dù tỉ lệ tối ưu có thể lên tới 10,000, song nhóm của TS. Hùng quyết định giữ ở tỉ lệ ở ngưỡng 3,000 để đảm bảo việc chế tạo theo quy mô lớn sẽ không quá phức tạp mà vẫn đảm bảo hiệu quả của điện cực).
Và ngay cả khi nhóm đã chủ động được phương pháp tạo ra sợi nano đồng có tỉ lệ tốt, họ vẫn gặp phải những khó khăn tới mức có lúc “rất muốn bỏ cuộc”, TS. Hùng cho biết. “Khi thử nghiệm phương pháp phun, những mẫu đầu tiên của chúng tôi trông thực sự kinh khủng, vừa gồ ghề, vừa không đều, điện trở cũng rất cao. Tại thời điểm ấy nhóm rất nản, tự hỏi làm điện cực đã khó khăn như thế này rồi, lúc ứng dụng vào trong thiết bị còn khó ra sao, không biết có đi được đến bước cuối cùng không”.
Để giải quyết bài toán, họ đã phân tích bề mặt của các mẫu điện cực đầu tiên và phát hiện ra, vấn đề nằm ở khoảng cách quá gần giữa đầu phun và tấm đế. “Ở các mẫu này, hạt nước chứa sợi đồng có tốc độ phun ra quá nhanh, đồng thời, chúng tôi lại dùng áp suất cao để tạo ra dòng khí xịt, khiến cho dung dịch cứ liên tục bám vào bề mặt thành những hạt rất lớn, đến lúc bay hơi hết thì sợi đồng phân bố không đều, bề mặt gồ ghề, xấu xí”, TS. Hùng nhớ lại cách nhóm tìm ra hướng giải quyết.
Nhưng khi đã làm được điện cực và tối ưu được chiều dày của lớp phát sáng rồi, việc ghép hai phần này lại với nhau và đảm bảo khả năng dẫn điện cũng không dễ dàng. Nhóm của TS. Hùng đã thử dùng băng dính dẫn điện để dán các phần lại với nhau, nhưng cứ áp vào lại bị bong ra. “Sau một thời gian thử, chúng tôi mới nghĩ ra, phần áp để nối dây ra thì mình nên làm ở dạng cứng và cố định để sợi đồng không bị bong, còn lớp phát sáng bên trong thì mới làm ở dạng đàn hồi được”, TS. Hùng nhớ lại. Có thể thấy, tất cả những kết quả mà nhóm đạt được sẽ không thể có nếu không có sự kiên trì theo đuổi đến cùng để tìm ra vấn đề.
Dù hài lòng với sản phẩm đầu ra, dưới góc nhìn của nhà nghiên cứu trước một dòng chảy rất dài và rộng lớn của khoa học, TS. Hùng cho rằng “đây mới chỉ là một đóng góp nhỏ bé trên con đường phát triển một thiết bị hoàn chỉnh và được thương mại hóa mà thôi”. Để làm ra một thiết bị có màn hình hoàn thiện, theo TS. Hùng, các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào tạo hình cho điện cực để hiển thị được chữ và hình ảnh. Bên cạnh đó, hiện màn hình này vẫn đang ở trạng thái đơn sắc, do đó cần phải nghiên cứu để thay đổi vật liệu ở lớp phát quang và tạo ra ánh sáng có bước sóng lớn hơn. “Chúng tôi cũng đang viết một bản thảo về việc nghiên cứu giảm điện áp hoạt động của thiết bị xuống nhằm có một sản phẩm hoàn hảo hơn so với hiện tại”, TS. Hùng chia sẻ về dự định. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu cũng đã mở rộng ứng dụng của loại vật liệu này trong các thiết bị điện tử khác như cửa sổ thông minh, cảm biến đàn hồi, pin mặt trời và được công bố trên các tạp chí khoa học uy tín như Applied Surface Science hay ACS Applied Nano Materials.
Điều anh mong muốn chính là làm sao để cho sợi nano đồng có những ứng dụng thiết thực hơn và thực sự đi vào đời sống. “Sợi nano bạc đã làm được điều đó rồi. Dù chỉ đóng góp một hàm lượng khoa học rất nhỏ thôi, nhưng tôi rất mong có thể tiếp tục thúc đẩy hướng nghiên cứu về sợi nano đồng để chúng cũng có những cơ hội mở rộng phạm vi ứng dụng, mục đích cuối cùng là phục vụ đời sống con người như chăm sóc sức khỏe, giải trí, hay hỗ trợ các chức năng vận động”, TS. Hùng nói.
Nguồn: Báo Khoa học và Phát triển