Ceramic trong suốt

Những nhà nghiên cứu thuộc phòng thí nghiệm CEMHTI (CNRS – Đại học Orléans) vừa phát triển thành công một hệ gốm (ceramic) đa tinh thể trong suốt bằng quá trình kết tinh hoàn toàn pha thủy tinh. Đây được xem là một phương pháp đột phá và có khả năng ứng dụng rộng rãi với rất nhiều thành phần thủy tinh khác nhau. Thành công của nghiên cứu này đã đem đến cho nhóm tác giả một bằng phát minh và một bài báo khoa học đăng trên tạp chí Advanced Materials.

ceramic

Trong thời gian gần đây, vật liệu ceramic đa tinh thể trong suốt được xem là một thế hệ vật liệu quang học mới có thể cạnh tranh với các loại vật liệu đơn tinh thể truyền thống ứng dụng trong các thiết bị laser, ống kính quang học hoặc áo giáp trong suốt. Vật liệu ceramic thế hệ mới này mang đến rất nhiều ưu điểm: cho phép tạo hình dễ dàng và sản xuất ở quy mô lớn, đặc biệt cho phép chứa một lượng ion tạp chất hoạt tính cao hơn nhiều sao với các vật liệu đơn tinh thể, từ đó nâng cao hoạt tính quang học của thiết bị. Tuy nhiên, cho đến thời điểm hiện tại, chỉ có một số lượng nhỏ vật liệu ceramic đa tinh thể và trong suốt được báo cáo. Ngoài ra, các vật liệu này, chủ yếu là các hợp chất lập phương đa tinh thể, vốn cần một quá trình tổng hợp phức tạp, thời gian dài và ở nhiệt độ cao, vì vậy giá thành sản xuất thường bị đẩy lên rất cao. Đối với các vật liệu gốm sứ hiện có, để có thể giữ tính chất trong suốt, tỷ lệ kết tinh thường bị giới hạn ở hàm lượng thấp (< 70 %), điều này sẽ làm giảm các tính chất quang học cần thiết.

Người ta cũng từng cho rằng chỉ có thể tránh được tất cả các hiện tượng tán xạ ánh sáng tới, hiện tượng có thể làm mất đi tính trong suốt của vật liệu, nếu vật liệu được tổng hợp có tính đối xứng lập phương cũng như có kích thước trong khoảng nanometer. Tuy nhiên, những nhà nghiên cứu của phòng thí nghiệm CEMHTI đã chứng minh có thể tổng hợp vật liệu ceramic đa tinh thể trong suốt không cần có cấu trúc đối xứng lập phương và có kích thước micro thay vì nano, thông qua phương pháp kết tinh hoàn toàn thủy tinh. Họ phát triển một hệ thủy tinh mới dựa trên barium aluminate với thành phần chính BaAl4O7, sau đó đem nung ở 1000°C trong vòng 2 giờ để đảm bảo kết tinh hoàn toàn. Những vật liệu tổng hợp này tồn tại dưới hai dạng đa hình, mỗi dạng có cấu trúc đối xứng trực thoi với kích thước tinh thể ở mức micro. Một tính chất vô cùng quan trọng của hệ vật liệu mới này là sự vắng mặt gần như hoàn toàn các lỗ xốp bên trong cấu trúc tinh thể. Quá trình kết tinh hoàn toàn đã giúp tạo ra một cấu trúc đặc khít, kết nối các hạt vi tinh thể vốn có bề dày nhỏ, nhờ đó loại bỏ các vấn đề về lỗ xốp bên trong. Chính những điều này đã giúp cho vật liệu tổng hợp bảo toàn được độ trong suốt ngay cả khi chúng không có cấu trúc đối xứng lập phương.

Quá trình tổng hợp thành công vật liệu bary aluminate mới với thành phần BaAl4O7 dưới hai dạng đa hình trực thoi đã chứng minh tính khả thi của những vật liệu ceramic đa tinh thể trong suốt với kích thước micro tổng hợp trực tiếp từ trạng thái thủy tinh. Kết quả nghiên cứu của phòng thí nghiệm CEMHTI đã mở ra con đường triển vọng cho việc thay thế các vật liệu đơn tinh thể đắt tiền nhằm đạt được những tính chất quang học mong muốn.

Viết bởi: TS. Lê Tiến KhoaLê Tiến Khoa (Nhóm Ichem) theo cyberchemvn

Các bạn có thể tìm hiểu sâu hơn về hướng nghiên cứu này theo các tài liệu bên dưới

Brevet:

S. Alahrache, M. Allix, G. Matzen, F. Millot, M. Licheron, T. Cardinal, A. Garcia, French patent application (deposited application number 1161025 – December 2011).

Publication:

Mathieu Allix, Salaheddine Alahrache, Franck Fayon, Matthew Suchomel, Florence Porcher, Thierry Cardinal, Guy Matzen

Highly Transparent BaAl4O7 Polycrystalline Ceramic Obtained by Full Crystallization from Glass

Advanced Mater 17 Août 2012, DOI: 10.1002/adma.201202282

Từ khóa: ·
digg delicious stumbleupon technorati Google live facebook Sphinn Mixx newsvine reddit yahoomyweb