Tạo plasma năng lượng cao từ CO2 và vi sóng

Khiến cho tia chớp lóa lên, ngôi sao tỏa sáng và bảng hiệu neon sáng đèn, plasma là trạng thái vật chất đặc biệt giống như khí siêu tích điện. Trạng thái này xảy ra khi các nguyên tử mất một số electron tạo nên hỗn hợp hạt tích điện chuyển động tự do.

Chính hạt tích điện chuyển động tự do khiến plasma có năng lượng cao và trở thành chất dẫn điện, ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Ví dụ, plasma có thể đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu năng lượng nhiệt hạch cũng như cho phép phát triển công nghệ lọc nước hay lọc không khí tiên tiến. Loạt tính năng độc đáo của chúng còn góp phần tạo ra cách thức khử trùng y tế thế hệ mới, phương pháp điều trị ung thư, thậm chí hệ thống đẩy hàng không vũ trụ.

Tạo plasma năng lượng cao cho ứng dụng công nghiệp thường đòi hỏi thiết bị chuyên dụng và môi trường được kiểm soát với nhiệt độ cực cao. Nhưng giờ đây ống nano carbon nguồn gốc CO₂ hứa hẹn đem lại phương pháp sản xuất dễ thực hiện, dễ tiếp cận hơn.

Trong nghiên cứu của mình, nhóm nhà khoa học Đại học Wesleyan chỉ dùng ống nano carbon và lò vi sóng để tạo ra plasma ở nhiệt độ từ 820 - 925°C. Họ không cần buồng chân không, môi trường khí được kiểm soát hay thiết bị công nghệ cao. Tất cả nhờ cấu trúc phân tử độc đáo của ống nano carbon mà họ phát minh. Ống được sản xuất bằng phương pháp điện phân chuyển đổi CO₂ thành carbon hoặc vật liệu gốc carbon. Khi được đặt trong lò vi sóng, chỉ trong vài giây plasma màu vàng trắng xuất hiện lúc nhiệt độ vượt quá 800°C dưới sự chiếu xạ của lò vi sóng.

Nhóm từng thử tạo plasma từ ống nano carbon thông thường CNT, graphene và nhiều vật liệu sẵn có khác, nhưng không chất nào tạo ra plasma năng lượng cao bền vững như ống nano carbon nguồn gốc CO₂. Loại ống này còn đặc biệt vì dùng CO₂ là khí thải.

Sử dụng plasma năng lượng cao tạo ra để tinh chế một số mẫu CNT, nhóm thu về kết quả rất ấn tượng. Plasma làm giảm mức độ tạp chất và tăng khả năng chống cháy mà lại giảm thời gian tinh chế xuống 100 lần, chỉ tiêu thụ 1/10 điện năng.