Tàu vũ trụ Trung Quốc phát liệu loại vật liệu "thần kỳ" trên bề mặt Mặt Trăng: Đột phá như thế nào mà được coi là 'vàng đen' của thế kỷ 21?

Giới khoa học thế giới đang xôn xao trước thông tin nhóm nghiên cứu của Đại học Cát Lâm (Trung Quốc) tìm thấy lượng nhỏ Graphene tự nhiên trong mẫu vật đất đá do tàu Hằng Nga 5 mang về từ Mặt trăng. Được công bố vào ngày 23/6/2024, phát hiện này có ý nghĩa vô cùng to lớn, hứa hẹn sẽ tạo ra bước đột phá trong công nghệ chế tạo vật liệu siêu dẫn và thúc đẩy mạnh mẽ các ngành công nghiệp trên toàn cầu. Graphene từ lâu đã được biết đến như một loại vật liệu "thần kỳ" với tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ điện tử, quang học, vật lý cho đến y sinh. Sở hữu độ cứng vượt trội, hơn cả kim cương, cùng khả năng dẫn điện, dẫn nhiệt ưu việt, Graphene được kỳ vọng sẽ tạo ra cuộc cách mạng trong sản xuất pin, chip xử lý, vật liệu siêu nhẹ, siêu bền, thậm chí là cả các thiết bị y sinh tiên tiến.

Trước đây, việc chiết xuất Graphene từ than chì gặp nhiều khó khăn, đòi hỏi quy trình phức tạp, tốn kém và hiệu suất thấp. Tuy nhiên, phát hiện Graphene tự nhiên trên Mặt trăng mở ra hướng đi mới cho ngành công nghiệp này. Giới khoa học tin rằng việc nghiên cứu thành phần và quá trình hình thành Graphene trên Mặt trăng sẽ giúp tìm ra phương pháp sản xuất hiệu quả, đưa loại vật liệu "kỳ diệu" này vào ứng dụng rộng rãi trong đời sống.

Sự hiện diện của Graphene tự nhiên trên Mặt trăng cũng cung cấp những thông tin quý giá cho các nhà khoa học trong việc nghiên cứu sự hình thành và phát triển của lớp vỏ Mặt trăng. Từ đó, chúng ta có thể hiểu rõ hơn về lịch sử hình thành của hệ Mặt Trời và các hành tinh khác.

Vậy Graphene là gì mà lại được giới khoa học và công nghệ săn đón đến vậy? Nói một cách dễ hiểu, Graphene là một dạng thù hình của carbon, được cấu tạo bởi một lớp nguyên tử carbon liên kết với nhau theo cấu trúc tổ ong lục giác phẳng.

Mỗi 1mm than chì thông thường chứa đến 3 triệu lớp Graphene xếp chồng lên nhau. Sở hữu cấu trúc độc đáo, Graphene sở hữu những đặc tính vượt trội, thu hút sự chú ý của giới khoa học. Khả năng dẫn điện của Graphene cực kỳ ấn tượng, thậm chí còn tốt hơn cả đồng.

Các nhà khoa học đã chứng minh rằng ở nhiệt độ cực thấp -271 độ C, điện trở của Graphene gần như bằng không, biến nó trở thành ứng cử viên sáng giá cho vật liệu siêu dẫn. Không chỉ dừng lại ở đó, Graphene còn là vật liệu cứng nhất từng được biết đến, cứng hơn cả kim cương.

Một tấm Graphene với độ dày chỉ 100 nanomet có thể chịu được áp lực lên đến 2.9 micron, tương đương với trọng lượng gần 2 tấn. Độ bền đáng kinh ngạc này cùng với khả năng uốn dẻo, trọng lượng siêu nhẹ khiến Graphene trở thành "ứng viên" hoàn hảo cho nhiều ứng dụng công nghiệp.

Hiện nay, Graphene được ứng dụng rộng rãi nhất trong lĩnh vực năng lượng mới. Khoảng 71.4% thị trường sử dụng vật liệu dẫn điện trong pin lithium-ion được sản xuất từ Graphene. Nhiều hãng xe hơi cũng bắt đầu ứng dụng Graphene để chế tạo vỏ xe, giúp giảm trọng lượng và tăng độ bền cho xe.

Từ năm 2010, các tập đoàn công nghệ hàng đầu thế giới như Samsung, Apple, Foxconn và Huawei đã đầu tư mạnh vào nghiên cứu và ứng dụng Graphene. Cuộc đua giành quyền kiểm soát nguồn tài nguyên quý giá này đã chính thức bắt đầu.

Giới chuyên gia nhận định Graphene sẽ là "ngôi sao" sáng trong tương lai của nhiều ngành công nghiệp như hóa học, vật liệu, năng lượng, y sinh... Ai nắm giữ được công nghệ sản xuất và ứng dụng Graphene sẽ nắm giữ chìa khóa dẫn đầu trong cuộc cách mạng công nghiệp lần tới. Tuy nhiên, việc tìm ra phương pháp tách chiết Graphene hiệu quả, nhanh chóng và ít tốn kém vẫn là một bài toán nan giải.

Trong thời gian dài, Graphene được cho là không thể tồn tại độc lập mà phải liên kết thành khối than chì. Mãi đến năm 2004, hai nhà khoa học Andre Geim và Konstantin Novoselov (Đại học Manchester, Anh) mới thành công trong việc tách chiết lớp Graphene đơn lớp từ than chì bằng phương pháp bóc lớp bằng băng dính. Phát hiện mang tính lịch sử này đã mang về cho hai ông giải Nobel Vật lý năm 2010.

Tuy nhiên, phương pháp này chỉ tạo ra được lượng Graphene rất nhỏ, chưa đáp ứng được nhu cầu nghiên cứu và ứng dụng. Phát hiện Graphene tự nhiên trong đất đá Mặt trăng của Trung Quốc được xem là bước đột phá trong lĩnh vực nghiên cứu Graphene, mở ra tiềm năng khai thác nguồn tài nguyên quý giá này ngay trên không gian.

Nhiều người kỳ vọng rằng trong tương lai, con người có thể xây dựng nhà máy khai thác Graphene tự nhiên trên Mặt trăng. Thậm chí, một số ý tưởng táo bạo hơn còn hướng đến việc xây dựng trạm năng lượng Mặt Trời sử dụng Graphene làm vật liệu hấp thụ năng lượng.