Chuyển đổi các vật liệu khác thành graphene bằng laser
TS Ye (dẫn đầu nhóm nghiên cứu) đã nghiên cứu việc sử dụng graphene cảm ứng laser trong việc phát triển năng lượng bền vững khi theo học chương trình tiến sỹ tại Đại học Rice (Mỹ) vài năm trước. Nhóm nghiên cứu mà ông tham gia (do GS James M. Tour dẫn đầu) đã phát hiện ra quy trình đơn giản để sản xuất graphene dạng bọt xốp khi máy cắt laser công nghiệp làm nóng bề mặt của một tấm polyimide chứa carbon (loại polymer có độ bền cao). Tia laser đã làm thay đổi cấu trúc của vật liệu thô và tạo ra graphene. Đó là lý do tại sao nó được đặt tên là graphene cảm ứng laser.
Hầu hết các vật liệu chứa carbon có thể được chuyển đổi thành graphene bằng cách sử dụng hệ thống laser hồng ngoại CO2.
TS Ye mô tả việc sản xuất graphene cảm ứng laser là một “kỹ thuật xanh”. Tất cả các vật liệu có chứa carbon, chẳng hạn như cellulose hoặc giấy, có thể được chuyển đổi thành graphene bằng kỹ thuật này. Quá trình chuyển đổi không cần sử dụng hóa chất, không gây ô nhiễm và tiêu thụ năng lượng thấp. Việc sản xuất cũng rất dễ dàng, 100 cm² graphene chỉ cần 1,5 phút.
Graphene được biết đến với đặc tính chống vi khuẩn, vì vậy việc sản xuất khẩu trang với graphene cảm ứng laser đã xuất hiện trong tâm trí của TS Ye. Sau đó, ông bắt đầu nghiên cứu với sự hợp tác của các nhà nghiên cứu đến từ Đại học Khoa học và Công nghệ Hồng Kông (HKUST), Đại học Nankai và các tổ chức khác.
Hiệu quả chống vi khuẩn tuyệt vời
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm graphene cảm ứng laser của họ với vi khuẩn E. coli và cho thấy hiệu quả chống vi khuẩn đạt khoảng 82%; hầu hết vi khuẩn lắng đọng trên bề mặt graphene đã chết sau 8 giờ. Trong khi đó, hiệu quả chống vi khuẩn của sợi than hoạt tính và vải lọc kháng khuẩn (2 chất liệu thường được sử dụng trong may khẩu trang) chỉ lần lượt là 2% và 9%, hầu hết vi khuẩn vẫn sống sau 8 giờ lắng đọng trên bề mặt.
Hơn 90% vi khuẩn E. coli lắng đọng trên sợi than hoạt tính (c và d) và vải lọc kháng khuẩn (e và f) vẫn sống ngay cả sau 8 giờ. Ngược lại, hầu hết vi khuẩn E. coli lắng đọng trên bề mặt graphene (a và b) đã chết.
TS Ye cho biết cần nghiên cứu thêm về cơ chế tiêu diệt vi khuẩn của graphene. Nhưng ông tin rằng nó có thể liên quan đến sự hư hại của màng tế bào vi khuẩn bởi cạnh sắc và tính kỵ nước của graphene.
Các nghiên cứu trước đây cho rằng COVID-19 sẽ mất khả năng lây nhiễm ở nhiệt độ cao. Vì vậy, nhóm nghiên cứu đã tiến hành các thí nghiệm để kiểm tra xem hiệu ứng quang nhiệt của graphene (tạo ra nhiệt sau khi hấp thụ ánh sáng) có thể nâng cao tác dụng chống vi khuẩn hay không. Kết quả cho thấy, hiệu quả chống vi khuẩn của vật liệu graphene có thể được cải thiện lên 99,998% trong vòng 10 phút dưới ánh sáng mặt trời, trong khi sợi than hoạt tính, vải lọc kháng khuẩn chỉ cho hiệu quả tương ứng là 67 và 85%. Nhóm nghiên cứu hiện đang làm việc với các phòng thí nghiệm ở Trung Quốc để thử nghiệm vật liệu graphene này với hai loài coronavirus ở người. Các thử nghiệm ban đầu cho thấy nó đã bất hoạt hơn 90% virus trong 5 phút và gần như 100% trong 10 phút dưới ánh sáng mặt trời. Tùy thuộc vào nguyên liệu thô để sản xuất graphene, giá của khẩu trang graphene cảm ứng laser dự kiến sẽ nằm giữa khẩu trang phẫu thuật và khẩu trang N95.
T.H (Theo scitechdaily.com ngày 14/9/2020)