Duyên Dáng Việt Nam

Cellulose: Nguồn nguyên liệu tiềm năng giúp chế tạo thiết bị điện tử ‘xanh’

Hòa Bảo • 16-10-2020 • Lượt xem: 3292
Cellulose: Nguồn nguyên liệu tiềm năng giúp chế tạo thiết bị điện tử ‘xanh’

Việc sản xuất các linh kiện điện tử từ cellulose sẽ là nguồn nguyên liệu tiềm năng trong chế tạo các linh kiện và thiết bị điện tử “xanh” mang tính bền vững, thân thiện với môi trường.

Cellulose hay còn gọi là xenlulozơ là chất rắn hình sợi, màu trắng, không mùi, không vị, không tan trong nước, ngay cả khi đun nóng, không tan trong các dung môi hữu cơ thông thường như ete, benzen…

Xenlulozơ là thành phần chính cấu tạo nên lớp màng tế bào thực vật, là bộ khung của cây cối. xenlulozơ có nhiều trong bông (95% - 98%), đay, gai, tre, nứa (50 - 80%), gỗ (40 - 50%). 

Và các thiết bị lưu trữ năng lượng dựa trên xenlulozơ có thể cung cấp một giải pháp khả thi để tạo ra các thiết bị điện tử bền vững, rẻ tiền.

Sự bền vững và dòng điện thường không đi cùng với nhau. Ví dụ như việc sản xuất, vận hành cũng như thời gian sử dụng có hạn của các thiết bị như điện thoại di động hay tivi là một gánh nặng đối với môi trường.

Theo như một báo cáo của Hoa Kỳ thì có khoảng 40 đến 50 triệu rác thải điện tử được tạo ra ở trên toàn thế giới mỗi năm. Không có gì đáng ngạc nhiên khi hiệu suất máy tính tăng gấp đôi sau mỗi vài năm, cũng như việc các loại màn hình phẳng và điện thoại thông minh mới liên tục ra đời, thay thế công nghệ cũ hơn - và tất cả các thiết bị cũ này phải được xử lý bằng cách nào đó, ở đâu đó.

Rác thải từ các quốc gia phát triển thường sẽ được đưa đến của các quốc gia kém phát triển hơn để xử lý, chẳng hạn như các quốc gia ở châu Phi và châu Á. Địa điểm xử lý rác thải điện tử lớn nhất thế giới nằm ở Agbogbloshie, Ghana. Tại đây, 40.000 người sinh sống trên diện tích khoảng 1600 ha, và nó là một trong những nơi ô nhiễm nặng nhất trên thế giới.

Và một ý tưởng được đưa ra vào năm 1939 đã thu hút được rất nhiều sự chú ý, đó là: việc sản xuất các linh kiện điện tử từ cellulose - thành phần chính của thành tế bào thực vật - để tạo ra các thiết bị điện tử mang tính bền vững, thân thiện với môi trường.

Đặc biệt, cộng đồng nghiên cứu năng lượng ngày càng quan tâm đến các thiết bị lưu trữ năng lượng dựa trên xenlulozơ, chẳng hạn như siêu tụ điện và pin. Một số công bố đã xuất hiện trong những năm gần đây khám phá xenlulozơ như một vật liệu thay thế trong các thiết bị lưu trữ năng lượng.

Vì xenlulozơ có thể được sản xuất với số lượng lớn với chi phí thấp bằng kỹ thuật sản xuất giấy, cũng như các hệ thống lưu trữ năng lượng làm từ vật liệu mang tính bền vững này sẽ là một bước quan trọng đối với điện tử “xanh”. Ví dụ, những thiết bị như vậy có thể cung cấp các giải pháp thay thế hiệu quả về chi phí cho pin dựa trên liti (lithium) và tạo điều kiện phát triển các loại hệ thống lưu trữ năng lượng mới.

Trong một báo cáo tiến độ gần đây được công bố trên Tạp chí Advanced Materials, Tiến sĩ Zhaohui Wang và Giáo sư Leif Nyholm của Đại học Uppsala, Thụy Điển, cùng với Giáo sư Sang-Young Lee và các đồng nghiệp từ Viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia Ulsan (UNIST), Hàn Quốc đã nghiên cứu và phát hiện ra tính khả thi của việc sử dụng xenlulozơ trong các thiết bị điện tử cũng như ứng dụng của loại vật liệu này. Ví dụ như vật liệu tổng hợp dẫn điện, bộ thu tách dòng điện dựa trên xenlulozơ, bộ phân tách chức năng, …

Tiềm năng ngành điện tử “xanh”

Xenlulozơ đã được chứng minh là một vật liệu tuyệt vời trong việc chế tạo điện cực cũng như bộ phân tách pin thông qua một cách tiếp cận đơn giản là lắng đọng một lớp mỏng của vật liệu dẫn điện trên bề mặt của tấm xenlulozơ, do đó chuyển đổi giấy cách điện thành một chất dẻo, dẫn điện bộ phần giấy trên. Hơn nữa, xenlulozơ là một chất nền hấp dẫn cho các thiết bị lưu trữ năng lượng in do sự linh hoạt về mặt cơ học, ổn định nhiệt và khả năng tái chế. Một nghiên cứu đặc biệt thú vị đã chứng minh thành công một siêu tụ điện vi mô bền vững bằng giấy.

 

Ảnh: UNSPLASH

“Sự phát triển gần đây của các thiết bị lưu trữ năng lượng điện dựa trên xenlulozơ cũng như việc trở thành vật liệu cho các thiết bị này cho thấy rõ ràng rằng xenlulozơ có tiềm năng trở thành một nguyên liệu rất quan trọng trong việc chế tạo ra các loại thiết bị giá rẻ và bền vững” - các nhà nghiên cứu cho biết.

Các nhà nghiên cứu còn nhấn mạnh rằng cần hết sức chú ý đến các đặc tính của xenlulozơ như độ xốp, sự phân bố lỗ, sự phân bố kích thước lỗ và độ kết tinh, vì những đặc tính này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất lưu trữ năng lượng. xenlulozơ có nguồn gốc từ gỗ sẽ dẫn điện khác với xenlulozơ từ tảo hoặc bông. Các nghiên cứu sâu hơn nên xem xét việc lựa chọn thích hợp các loại xenlulozơ được sử dụng với độ xốp tối ưu. Độ xốp quá thấp hoặc quá cao sẽ làm giảm hiệu suất của pin, hàm lượng nước của xenlulozơ cũng là một thông số quan trọng khác.

Theo nhóm nghiên cứu, thì tính linh hoạt và chi phí sản xuất là những yếu tố quyết định, lợi thế cho các thiết bị điện tử làm từ xenlulozơ, cũng như việc sản xuất dựa các kỹ thuật in khác nhau, vốn đã có từ lâu. Vì vậy, nghiên cứu về siêu tụ điện và pin dựa trên xenlulozơ là rất hứa hẹn và do đó cần được ưu tiên cao hơn. Cần phải xem xét các đặc tính của xenlulozơ và khả năng sử dụng các phương pháp sản xuất quy mô lớn hiện có, họ tin rằng hệ thống lưu trữ năng lượng dựa trên xenlulozơ sẽ cho phép các thiết bị mới bổ sung và thay thế cho công nghệ hiện tại.

Theo Advancedsciencenews