Biến kim loại thành “vàng đen”

Giờ đây, “Vàng đen” không chỉ là một thành ngữ nữa. Các nhà khoa học trường đại học Rochester đã tạo ra một kỹ thuật có thể thay đổi tính chất của hầu hết bất kỳ kim loại nào để biến đổi nó, một cách chính xác là, sang màu đen. Quá trình sử dụng sự phát nổ vô cùng mạnh của tia laser này hứa hẹn một khả năng có thể làm cho mọi thứ từ các tế bào nhiên liệu cho đến các máy dò của kính viễn vọng vũ trụ hoạt động hiệu quả hơn – đó là chưa kể đến khả năng có thể biến đổi chiếc xe hơi của bạn thành chiếc xe đen nhất trong những màu đen.

“Chúng tôi rất ngạc nhiên bởi số lượng những ứng dụng có thể đạt được từ nghiên cứu này,” phó giáo sư quang học trường đại học Rochester Chunlei Guo cho biết. “Trước đó, chúng tôi chỉ muốn biết chuyện gì sẽ xảy ra đối với các tính chất của một kim loại trong những trạng thái laser khác nhau và chúng tôi đã bất ngờ phát hiện ra kỹ thuật này, kỹ thuật có thể hoàn toàn thay đổi tính chất phản chiếu của kim loại.”

Xung laser (Ảnh: garvanit.wordpress.com)

Chìa khóa để tạo ra kim loại đen chính là tia sáng cực ngắn và cực mạnh được gọi là xung laser một phần nghìn triệu triệu giây (femtosecond). Sự bùng nổ laser chỉ kéo dài một vài phần nghìn triệu triệu của giây.

Trong thời gian phát nổ ngắn ngủi của mình, kỹ thuật laser của phó giáo sư Guo tạo ra một lực có năng lượng mạnh tương đương toàn bộ hệ thống đường dây điện của Bắc Mỹ tác động lên một vùng có kích thước nhỏ như đầu mũi kim. Sự phát nổ cực mạnh đó làm cho bề mặt của kim loại hình thành và các cấu trúc nano – các vết rỗ kim loại, các giọt chất rắn nóng chảy và các sợi kim loại — gia tăng đáng kể diện tích bề mặt và hấp thu phóng xạ. Một số cấu trúc lớn hơn cũng hình thành trong các sự phát nổ xảy ra tiếp đó.

Nhóm nghiên cứu của phó giáo sư Guo đã kiểm tra khả năng hấp thụ của kim loại đen và đã xác minh được rằng kim loại đen có thể hấp thu gần như tất cả ánh sáng chiếu vào nó, khiến cho nó có một màu “đen như mực”.

Đã có nhiều phương pháp khác biến silicon thành màu đen, nhưng những phương pháp đó lại sử dụng khí để tạo ra các cấu trúc vi mô được khắc axit về mặt hóa học. Silicon thông thường đã hấp thu hầu hết các ánh sáng thấy được chiếu vào nó, do đó kỹ thuật khắc axit chỉ đạt được hiệu quả khoảng 30%, trong khi các kim loại thông thường chỉ hấp thu một vài phần trăm ánh sáng thấy được trước khi phó giáo sư Guo bắn laser vào chúng.

Sự gia tăng cao khả năng hấp thụ ánh sáng nhờ vào kỹ thuật xử lý laser một phần nghìn triệu triệu giây có nghĩa là, gần như bất lỳ kim loại nào cũng đều trở nên cực kỳ hữu ích vào bất cứ khi nào mà người ta cần đến sự tập trung phóng xạ. Ví dụ như, tất cả các loại máy dò tìm – từ tàu thăm dò vũ trụ cho đến dụng cụ đo độ ánh sáng phim ảnh – đều có thể thu giữ được một lượng dữ liệu lớn hơn rất nhiều so với các máy dò dựa trên kim loại bình thường.

Và kỹ thuật biến đổi một kim loại thành màu đen mà không cần sơn, khắc hay đốt cháy, có thể dễ dàng được sử dụng trong đời sống hàng ngày như là thay thế sơn màu đen trên các vật trang trí xe hơi hoặc trao cho vị hôn phu của bạn một chiếc nhẫn đính hôn đen nhánh.

Phó giáo sư Guo cũng rất nhanh trí khi chỉ ra rằng sự gia tăng đáng chú ý về diện tích bề mặt của kim loại đối với các cấu trúc nano là một phương pháp hoàn hảo để xúc tác cho các phản ứng hóa học. Cùng với một trong những thành viên trong nhóm nghiên cứu của ông – nghiên cứu sinh sau tiến sĩ Anatoliy Vorobyev, phó giáo sư Guo hy vọng sẽ biết được cách mà kim loại có thể giúp thu được nhiều năng lượng hơn từ các phản ứng tế bào nhiên liệu. Kỹ thuật xử lý kim loại mới này được thực hiện trên tất cả các kim loại mà phó giáo sư Guo sử dụng để thử nghiệm và bởi vì chúng mang bản chất kim loại nên không có gì phải lo lắng vế việc màu đen sẽ bị mất đi.

Hiện tại, kỹ thuật xử lý này còn chậm. Để biến đổi một mẫu kim loại có kích thước bằng ngón tay út có thể mất 30 phút hoặc hơn. Tuy nhiên, phó giáo sư Guo đang tìm hiểu là khoảng thời gian nổ khác nhau, bước sóng khác nhau và các độ mạnh khác nhau ảnh hưởng đến tính chất của kim loại như thế nào. May mắn là, mặc dù có sự xuất hiện của một cường độ rất lớn, kỹ thuật laser phần nghìn triệu triệu giây có thể vận hành nhờ vào một ổ điện trên tường đơn giản, điều này có nghĩa là khi kỹ thuật xử lý mới này được “tinh luyện” xong, thì việc sử dụng nó nhất định sẽ khá đơn giản.

T.V