Quy trình sản xuất do các nhà khoa học tại Đại học Keio phát triển, sử dụng chiếu xạ laser biến chất thải silicon từ quá trình chế tạo chip thành các hạt nano làm vật liệu cực dương cho pin. Kết quả được kỳ vọng sẽ có ứng dụng rộng rãi trong sản xuất chất bán dẫn và các ngành liên quan đến lưu trữ năng lượng.

Vật liệu tổng hợp silic-cacbon (Si-C) hiện đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu chế tạo vật liệu cho cực dương, sử dụng các hạt nano vỏ lõi Si-C.

GS Jiwang Yan từ Đại học Keio và các đồng nghiệp đã phát triển một quy trình một thiết bị, một bước sản xuất cấu trúc nano Si-C trong thời gian ngắn và với chi phí thấp.

Yan và các đồng nghiệp bắt đầu quy trình bằng việc trộn bột silicon và bột carbon có kích thước micromet. Bột silicon được tạo ra từ bùn, một chất thải hình thành trong quá trình nghiền các tấm silicon phế thải, đồng thời sử dụng bột graphite carbon bán sẵn trên thị trường.

Hỗn hợp bột Si-C sau đó được nén thành viên nén và chiếu tia laser khiến những viên nén này bốc hơi. Hơi, ở dạng chùm tia nở ra và khuếch tán, sau đó hình thành các giọt nhỏ, đông đặc lại thành các hạt nano.

 

 

 Quy trình kỹ thuật chế tạo các hạt nano vỏ carbon, lõi Si hoặc SiC. Ảnh EE News.

Các nhà nghiên cứu tiến hành xác định đặc điểm của các hạt nano thông qua phương pháp chụp ảnh bằng kính hiển vi điện tử và phương pháp quang phổ. Phân tích cho thấycó 2 loại hạt nano vỏ lõi hình thành. Loại thứ nhất, lõi chỉ bao gồm silicon, loại thứ hai, vật liệu lõi là silicon carbide (SiC). Trong cả hai trường hợp, vỏ xung quanh chỉ bao gồm carbon.

Các nhà khoa học sử dụng một camera tốc độ cao để ghi lại sự hình thành và sự phát triển các chùm tia tạo ra do tác động của bức xạ laser. Phương pháp này giúp nhóm nghiên cứu hiểu chính xác cách thức các hạt nano vỏ lõi hình thành. Trong giai đoạn đầu của quá trình, các hạt nano Si và SiC được tạo ra thành lõi, sau đó vượt qua một “đám mây” carbon tồn tại trong ống hút, các lõi nhận được một lớp phủ cacbon làm vỏ (như trong video).

Nhóm nghiên cứu của GS Yan hiện đang cộng tác với các đối tác công nghiệp để chuyển những kết quả nghiên cứu từ phòng thí nghiệm sang sản xuất thực tế pin lithium và các ứng dụng khác như Màn hình và Hình ảnh sinh học.