Tìm hiểu Kính tiết kiệm năng lượng: Xu hướng mới của xây dựng

Một công trình xanh phải sử dụng các sản phẩm thân thiện với môi trường, tiết kiệm năng lượng. Trong đó, việc sử dụng kính tiết kiệm năng lượng có vai trò rất quan trọng, giúp cho công trình vừa đảm bảo các yếu tố xanh vừa giúp bảo vệ môi trường, bảo vệ sức khỏe người sử dụng.

Kính tiết kiệm năng lượng là loại kính có công năng cao. Nó được gia công từ kính phẳng với lớp phủ siêu mỏng trên bề mặt. Kính có khả năng đáp ứng các yêu cầu về tính năng sử dụng, về độ trong suốt và màu sắc của kính, Đồng thời có hệ số phát xạ thấp, hệ số dẫn nhiệt nhỏ. Từ đó dẫn tới giảm thiểu sự truyền nhiệt giữa môi trường bên trong và bên ngoài qua hệ thống vách kính. Khi sử dụng kính sẽ  tiết kiệm chi phí năng lượng của hệ thống điều hòa không khí. Tất nhiên vẫn đảm bảo duy trì hiệu quả làm mát vào mùa nóng và sưởi ấm vào mùa lạnh.

Giảm truyền nhiệt giữa môi trường trong và ngoài công trình

Theo khảo sát, hiện nay, kính tiết kiệm năng lượng có 2 dòng sản phẩm được sử dụng rộng rãi, bao gồm Low-E (ôn đới và nhiệt đới) và Solar Control. Ở thị trường Việt Nam, kính tiết kiệm năng lượng hiện chủ yếu được nhập khẩu từ các thị trường nước ngoài như Bỉ, Pháp…

Kính tiết kiệm năng lượng là sản phẩm có công năng cao, được sản xuất bằng cách phủ các lớp vật liệu vô cơ với kích thước nano lên bề mặt phôi kính trắng nhằm kiểm soát năng lượng mặt trời truyền qua kính. Các lớp phủ có khả năng ngăn chặn một cách chọn lọc các tia bức xạ nhiệt từ mặt trời và tạo nên màu sắc kính.

Sản phẩm kính tiết kiệm năng lượng có hệ số phát xạ thấp, giúp giảm thiểu sự truyền nhiệt giữa môi trường bên trong và ngoài công trình. Ngoài ra, với hệ số hấp thụ nhiệt (SHGC) nhỏ sẽ giúp ngăn cản phần lớn năng lượng nhiệt truyền từ mặt trời thông qua vách kính. Qua đó, giúp tiết kiệm chi phí điện năng cho hệ thống điều hòa không khí, hệ thống sưởi ấm mà vẫn đảm bảo duy trì hiệu quả làm mát hay giữ ấm tùy theo khí hậu từng vùng.

Ông Nguyễn Quang Cung, Phó Chủ tịch Hội Vật liệu xây dựng Việt Nam cho biết, kính tiết kiệm năng lượng dần trở thành giải pháp thay thế cho vật liệu kính thông thường, bởi hiệu quả kinh tế mà nó có thể mang đến cho những công trình hiện đại. Tuy nhiên, việc ứng dụng sao cho đạt hiệu quả cao nhất với người tiêu dùng Việt Nam còn là vấn đề đáng bàn. Bởi lẽ, người tiêu dùng Việt thực sự chưa nắm rõ tính chất kỹ thuật đặc trưng 2 dòng sản phẩm Low-E và Solar Control.

Continue Reading

Bê-tông sinh học tự hàn vết nứt

Bê-tông là một trong những vật liệu xây dựng được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới, nhưng các kết cấu bê-tông sau một thời gian sử dụng thường xuất hiện vết nứt gây nguy hiểm cho sự vững bền của công trình. Việc hàn kín các vết nứt đó là cần thiết nhưng rất phiền phức và tốn kém hàng tỷ USD mỗi năm, tính trên phạm vi toàn thế giới.

Nhà vi sinh vật học Hendrik Jonkers ở trường Đại học Công nghệ Delft (Hà Lan) đã phát minh ra bê-tông vi khuẩn có thể tự động hàn kín các vết nứt mỗi khi chúng xuất hiện.

Ý tưởng phát minh nói trên nảy sinh khi Jonkers nghĩ tới vấn đề cơ thể động vật có thể dùng biện pháp khoáng hóa (mineralization) để tự hàn các chỗ xương bị gãy, như vậy phải chăng có thể áp dụng biện pháp này cho việc hàn gắn vết nứt trên khối bê-tông. Bằng cách trộn sữa calcium (calcium lactate) với loại vi khuẩn làm ra đá vôi, Jonkers thấy có thể hàn kín bất kỳ vết nứt nào trên kết cấu bê-tông, dù là tường bê-tông hay mặt đường bê-tông. “Loại bê-tông này hoàn hảo cho các cấu trúc vốn rất khó bảo dưỡng, chẳng hạn như các công trình ngầm dưới lòng đất, đường cao tốc hoặc các dàn khoan dầu,” Jonkers nói.

Với phát minh nói trên, Jonkers đã được trao Giải thưởng Nhà phát minh châu Âu năm 2015 (European Inventor Award 2015).

Loại vi khuẩn làm ra đá vôi được Jonkers lựa chọn tên là Bacillus pseudofirmus hoặc Sporosarcina pasteurii, chúng sống trong các hồ nước có độ kiềm cao ở gần các núi lửa đang hoạt động, như vùng Wadi Natrun ở Ai Cập. Loại vi khuẩn này chịu được nóng và lạnh, và có thể sống tới 200 năm mà không cần ô-xi và thức ăn. Khi gặp nước, chúng sẽ tỉnh dậy và hoạt động, sử dụng sữa calcium làm nguồn thức ăn, và tiết ra chất đá vôi, là chất sẽ tự lấp kín vết nứt.

Hendrik Jonkers gọi loại vật liệu hàn vết nứt này là bê-tông vi khuẩn (bioconcrete).

Để giữ cho vi khuẩn này ngủ đông cho tới lúc cần đến chúng, Jonkers chứa vi khuẩn vào trong các bao nang nhỏ, loại có thể phân hủy sinh học, bên trong chứa chất dinh dưỡng cho vi khuẩn. Trộn dung dịch chứa các bao nang đó vào dung dịch xi măng đổ bê-tông, khi kết cấu bê-tông xuất hiện vết nứt, nước mưa chảy vào vết nứt làm cho bao nang phân hủy, vi khuẩn gặp nước sẽ tỉnh dậy, bắt đầu sản xuất ra đá vôi và lấp kín vết nứt trong thời gian không quá ba tuần.

Cũng có thể bơm dung dịch chứa loại vi khuẩn này vào vết nứt trên kết cấu bê-tông sẵn có để chúng tự gắn kín vết nứt. Loại vi khuẩn này có thể hàn kín các vết nứt có độ dài bất kỳ, nhưng chiều rộng của vết nứt không được quá 0,8 mm, nếu quá rộng thì tác dụng hàn gắn sẽ kém. Jonkers dự định năm nay sẽ sản xuất loại dung dịch hàn gắn nói trên và năm 2016 sẽ sản xuất loại bê-tông tự hàn.

Vấn đề là bê-tông tự hàn có giá cao gấp đôi bê-tông thường, mà theo Jonker, chủ yếu do giá sữa calcium rất cao; nếu có thể làm cho vi khuẩn chịu ăn các dưỡng chất điều chế từ đường thì giá bê-tông sẽ giảm ngoạn mục.

Vi khuẩn ngủ đông sẽ được "đóng gói" cùng thức ăn của nó và trộn sẵn vào bê tông khi quá trình xây dựng

Hình ảnh trong thử nghiệm, vết nứt xuất hiện trên cấu trúc bê tông

Đây là vết nứt sau 28 ngày

Và sau 56 ngày, việc hàn gắn cơ bản đã hoàn thành

Vi khuẩn có thể ngủ đông suốt 200 năm mà không cần thức ăn, khi vết nứt xuất hiện thì nó cũng được đánh thức để hoạt động

2 loại vi khuẩn được sử dụng là Bacillus và/hoặc Sporosarcina với khả năng tồn tại trong nhiều năm mà không cần nước và oxy. 

Continue Reading

Cầu dẫn nước cổ đại và sức bền vật liệu ngàn năm

Một trong những giá trị kiến trúc của người La Mã cổ đại thể hiện qua các cầu được xây dựng bằng đá với cấu trúc vòm (cầu vòm bằng đá). Điều đặc biệt nhất là độ bền chắc hàng ngàn năm của các khối bê tông La Mã mà vật liệu bê tông hiện nay không thể sánh được. Bài viết dưới đây lược trích giới thiệu về các cây cầu dẫn nước cổ đại hiện vẫn tồn tại sừng sững với thời gian.

Aqua Appia, cầu dẫn nước đầu tiên thời La Mã cổ đại xây dựng vào năm 312 trước Công Nguyên. (Ảnh: Internet.)

Cầu dẫn nước cổ đại

Thời hiện đại, chúng ta sử dụng những hệ thống ống dẫn để dẫn và cung cấp nước. Thời kỳ cổ đại, người xưa sử dụng hệ thống kênh dẫn nước. Hệ thống kênh này bao gồm cả cầu để đưa nước qua một thung lũng. Các cầu này được gọi là cầu dẫn nước hay cầu máng (tiếng anh: aqueduct, bắt nguồn từ tiếng Latin aquaeductus  (aqua (nước) và ductus (dẫn đi)).

Những hệ thống dẫn nước được tin là đã được xây dựng từ thời đại đồ sắt (bắt đầu vào thế kỷ 12 trước Công Nguyên) tại Trung Đông cổ đại, Ấn Độ cổ đại và Hy Lạp cổ đại. Nó được phát triển từ các hệ thống vận chuyển nước cổ của Ba Tư, gồm những kênh dẫn nước ngầm kết nối nhau và các kênh phân phối nước trên mặt đất, gắn với hệ thống tưới tiêu.

Một trong những cầu dẫn nước được xây dựng trên mặt đất được biết đến sớm nhất là cầu Jerwan ở phía bắc tỉnh Mosul, Iraq. Nó được xây dựng vào năm 691 trước Công nguyên, thuộc hệ thống kênh dài 50 km, đưa nước từ sông Greater Zab đến kinh thành của nhà vua ở Nineveh.

Thành phố Rome, Ý, thủ phủ của Cộng Hòa La Mã có đường dẫn nước La Mã đầu tiên vào năm 312 trước Công Nguyên, là cầu Appia (Aqua Appia).

Mặc dù cầu dẫn nước không phải là một phát minh của La Mã, người La Mã là những kỹ sư rất giỏi và đưa thiết kế và xây dựng cầu lên tầm cao nhất mọi thời đại, nên nó thường được gắn với thời kỳ của người La Mã cổ đại. Đặc biệt là phần lớn các cầu còn được bảo toàn cho tới hiện nay là các cây cầu thời La Mã cồ đại.

Dưới đây là một vài hành ảnh các cây cầu dẫn nước nổi tiếng.

Cầu Gard (Pont du Gard) là một trong những cầu dẫn nước nổi tiếng nhất hiện nay, ở phía nam nước Pháp, bắc ngang qua sông Gardon. Cầu được xây dựng bằng đá gồm 3 tầng, với chiều dài 275 mét và độ cao tối đa 49 mét. Cầu do đế chế La Mã xây dựng từ thế kỉ thứ nhất sau Công nguyên để đưa nước từ Uzès tới thành phố Nîmes. Nó là cầu dẫn nước cao nhất trong số các công trình tương tự trong thời La Mã cổ đại. Cầu tồn tại gần như nguyên vẹn cho đến ngày nay, đã được UNESCO đưa vào danh sách Di sản thế giới năm 1985.

Pont du Gard, là cầu dẫn nước cao nhất trong số các công trình tương tự trong thời La Mã cổ đại. (Ảnh: Internet.)

Cầu máng Segovia (tiếng Tây Ban Nha: Acueducto de Segovia), ở Tây Ban Nha, hiện cũng là một cầu rất nổi tiếng, đã được UNESCO công nhận là di sản kiến trúc thế giới năm 1985. Nó là cây cầu dẫn nước dài nhất được xây dựng từ thời La Mã cổ đại, có lẽ được hoàn thành vào năm 98, dẫn nước vào thành phố Segovia từ sông Río Frío (cách đó khoảng 17 km). Cầu có chiều dài 728m và chiều cao 28m. 

Cầu máng Segovia, là cây cầu dẫn nước dài nhất được xây dựng từ thời La Mã cổ đại. (Ảnh: Internet.)

Cầu dẫn nước Valens (Valens Aqueduct) tại Istanbul, Thổ Nhĩ Kỳ, là một cầu dẫn nước tuyệt đẹp khác được bảo tồn tốt nhất. Nó có lẽ được xây dựng trong thế kỷ thứ nhất, và được hoàn thành vào cuối thế kỷ thứ 4 sau Công Nguyên, với mương dẫn nước ở độ cao tối đa 28,5m, cung cấp nước cho Constantinople (Istanbul hiện đại). Cấu trúc còn thấy hiện nay dài 921m.

Cầu dẫn nước Valens, là một trong những cầu dẫn nước được bảo tồn tốt nhất. (Ảnh: Internet.)

Cầu dẫn nước La Mã cổ đại mà hiện vẫn đang hoạt động là cầu Vergine ở thủ đô Roma của Ý. Nó được xây dựng vào năm 19 trước Công Nguyên, hiện vẫn đang đưa nước đến một số đài phun nước của Rome, trong đó có đài phun nước Trevi tráng lệ.

Continue Reading

Hiện tượng siêu dẫn (superconductivity) và siêu chảy (superfluidity) - Vật lý nhiệt độ thấp

Hiện tượng siêu dẫn là hiện tượng điện trở của một số vật rắn đột ngột giảm về 0 khi nhiệt độ của chúng giảm xuống dưới một nhiệt độ ngưỡng nhất định gọi nhiệt độ tới hạn.

Hiện tượng siêu dẫn có ý nghĩa thực tiễn vô cùng to lớn đối với khoa học và công nghiệp hiện đại. Có thể nêu ra những ví dụ như: truyền tải điện năng và dữ liệu không có tổn hao; nam châm siêu dẫn với từ trường siêu mạnh; sensor siêu nhạy dựa trên hiện tượng giao thoa lượng tử; máy chụp cắt lớp cộng hưởng từ hạt nhân MRI - Magnetic Resonance Imaging. Một trong những ứng dụng gây ấn tượng nhất của hiện tượng siêu dẫn đó những tàu hoả siêu tốc chạy trên đệm từ hoạt động dựa trên hiệu ứng Meissner, còn gọi hiệu ứng bay lơ lửng trong từ trường. Cho đến ngày nay, người ta đã phát hiện nhiều vật liệu siêu dẫn ở dạng hợp kim hoặc dạng gốm có nhiệt độ tới hạn khác nhau.

Hiện tượng siêu chảy là hiện tượng độ nhớt của một số chất lỏng giảm đột ngột về 0 ở nhiệt độ rất thấp. Kết quả là chất lỏng đó có thể chảy hoàn toàn tự do mà không hề chịu một sức cản nào. Việc khảo sát hiện tượng siêu chảy cho phép đi sâu nghiên cứu những quá trình xảy bên trong vật chất khi nó ở trạng thái năng lượng thấp nhất và có trật tự cao nhất.

Heli lỏng đang trong pha siêu chảy

Các chất siêu dẫn được chia làm hai loại: loại I và loại II. 
Ở trạng thái siêu dẫn, các siêu dẫn loại I hoàn toàn không cho từ trường thấm vào sâu qua bề mặt của nó vào bên trong và là một chất nghịch từ lý tưởng. Chất siêu dẫn loại II chấp nhận sự hiện diện đồng thời trạng thái siêu dẫn và từ trường mạnh và là loại chất siêu dẫn có nhiều ứng dụng kỹ thuật quan trọng.

Continue Reading

Thin film - Kỹ thuật màng mỏng (P2): Chi tiết quá trình xử lý

Tìm hiểu các phương pháp và kỹ thuật dùng trong khâu Thin film tại đây
Trong bài viết này sẽ đi sâu chi tiết vào quá trình này và chủ yếu về màng mỏng cho lớp dẫn điện, lớp cách điện và cuối cùng là lớp bảo vệ vi mạch IC đã hoàn thiện.

Wafer sau khi đã có transistor rồi thì mục kế tiếp là nối chúng lại với nhau bằng dây kim loại.
Khâu làm về phần kim loại này thường được gọi là khâu Thin film. Tuy nhiên không phải lúc nào khâu này cũng làm về kim loại. Khâu này cũng làm về lớp EPI (Epitaxy) hay làm lớp cách điện để các dây không chạm nhau.

Một số màng phổ biến bao gồm:
• Silicon Dioxide - chất cách điện.
• Silicon Nitride - bảo vệ vi mạch IC đã hoàn thiện.
• Polysilicon - được sử dụng làm dây dẫn và điện cực điều khiển cho một số loại bóng bán dẫn.
• Nhôm - được sử dụng làm conductor.
• Đồng - loại conductor mới nhất, có điện trở thấp hơn nhôm.
• Titanium Nitride hoặc Tantalum Nitride - được sử dụng làm rào cản giữa các màng để ngăn tương tác.

Continue Reading

Thin film - Kỹ thuật màng mỏng (P1): CVD, PVD, LPCVD, Sputter, evaporation...

Kỹ thuật màng mỏng
Thin Films - Màng mỏng

Thường có độ dày từ một vài micron đến vài nanomet.
Các màng phổ biến bao gồm:
• Silicon Dioxide - chất cách điện.
• Silicon Nitride - bảo vệ vi mạch IC đã hoàn thiện.
• Polysilicon - được sử dụng làm dây dẫn và điện cực điều khiển cho một số loại bóng bán dẫn.
• Nhôm - được sử dụng làm conductor.
• Đồng - loại conductor mới nhất, có điện trở thấp hơn nhôm.
• Titanium Nitride hoặc Tantalum Nitride - được sử dụng làm rào cản giữa các màng để ngăn tương tác.
....

Chủ yếu để tạo những lớp vật liệu có bề dày như mong muốn lên trên một lớp vật liệu khác. Đây là quá trình đòi hỏi khá nhiều kiến thức bổ xung như kỹ thuật chân không, cấu trúc vật liệu…Các kỹ thuật cơ bản để tạo màng mỏng ở đây gồm hai phương pháp – vật lý và hoá học. Phương pháp vật lý bao gồm: phún xạ (sputtering), bốc bay hơi nhiệt (evaporation), phương pháp phun tĩnh điện…Trong khi đó phương pháp hoá học có: lắng đọng hoá học pha hơi (CVD), lắng đọng hoá học pha hơi áp suất thấp (LPCVD), và Sol-gel.

Continue Reading

Mặt không dính và ứng dụng

1. MẶT KHÔNG DÍNH
Đã có một bài viết về chảo không dính là một ứng dụng của mặt không dính bạn có thể xem thêm tại đây. Trên bề mặt chảo kim loại thông thường như là chảo nhôm người ta phủ một lớp mỏng chất không dính thí dụ teflon, gốm sứ - ti tan, chuẩn tinh thể ... mặt chảo nhôm trở thành mặt không dính. Với chảo này có thể rán trứng mà không cần dầu mỡ, trứng vẫn chín ngon và đặc biệt là không dính vào chảo. Đây là một ứng dụng có vẻ tầm thường của mặt không dính, nhưng thực sự là có nhiều yêu cầu cao. Phủ lớp chống dính ở đây phải đồng thời đạt nhiều yêu cầu:
- Lớp chống dính phải bám chặt vào bề mặt được phủ lên.
- Lớp chống dính phải chịu được nhiệt độ cao. Trường hợp chống dính ở chảo rán phải chịu được nhiệt độ cỡ 250°C trở lên.
- Lớp chống dính phải cứng, chống được cào xước.
- Lớp chống dính phải không độc hại

Nhiều trường hợp cần đến mặt không dính nhưng không nhất thiết phải đảm bảo đầy đủ 4 yêu cầu cao như trên. Thí dụ lá sen là mặt không dính đối với nước, ở nhiệt độ bình thường, trong môi trường không khí. Bắt chước mặt lá sen có thể tạo ra mặt không dính nước ứng dụng để làm kính không ướt, tự làm sạch v.v... ở đây không yêu cầu phải chịu được nhiệt độ cao, chống được cào xước mạnh v.v... Do có nhiều yêu cầu về không dính rất khác nhau nên vật liệu cũng như cách phủ lớp chống dính cũng rât đa dạng. Có thể kể ra một số kỹ thuật phổ biến. Chú ý rằng không dính (nonstick) và trơn (slip) có nghĩa gần như nhau. Một cái chai thông thường đựng tương ớt, tương cà chua hơi sền sệt nên tương ớt, tương cà chua dính vào mặt trong của chai khá nhiều, không thể rót ra hết. Nếu phủ bên trong chai một lớp chống dính đối với tương ớt, tương cà chua không dính vào chai, nói cách khác tương ớt, tương cà chua trơn tuột chảy ra hết. Chữ trơn thiên về chuyển động hơn nhưng thực chất cũng là không dính.

Continue Reading

Tìm hiểu các dạng vật liệu làm chảo không dính

Chảo không dính là một dụng cụ nhỏ dùng ở bếp nhưng lợi ích lại rất lớn vì hàng ngày có đến hàng triệu người trên thế giới sử dụng. Điều mà mọi người quan tâm thích thú là tính chất không dính: rán miếng thịt nạc, tráng quả trứng, không cần dầu mỡ, hoặc cần rất ít dầu mỡ, thịt vẫn thơm ngon, trứng vẫn chín vàng nhưng hoàn toàn không dính vào chảo. Thay vì phải cạo sạch cháy, rửa sạch hết dầu mỡ dính vào, ở đây chỉ cần lau nhẹ bề mặt chảo đã sạch bóng, sẵn sàng cho việc rán tiếp theo. (Hình 1)

Hình 1. Chảo không dính

Đằng sau sự đơn giản, thuận tiện đó là cả một khoa học: khoa học làm mặt không dính (non stick surface). Mặt không dính không phải là chỉ để dùng cho chảo không dính mà còn được dùng trong nhiều lĩnh vưc quan trong khác: hàng không, vận chuyển vật liệu, y tế, xây dựng, V.V..

Chảo không dính teflon.
Teflon là tên riêng của một chất không dính, được tìm ra một cách tình cờ. Năm 1938 nhà khoa học Mỹ là Roy Plunkett tìm cách chế tạo chất khí tetrafluoroethylene dùng để chạy máy lạnh. Ông pha trộn các chất khí cần thiết và vì đã muộn nên khóa kín để lại đấy hôm sau hãy hay. Sáng hôm sau, khi đến phòng thí nghiệm mở ra để xem kết qủa thì không thấy được chất khí mong muốn, trái lại ở đáy bình thấy có một lớp màu trắng vàng như sáp nhưng cứng hơn. Phân tích kỹ thì biết rằng chất cứng thu được là polytetrafluroethylene, viết tắt là PTFE. Đo đạc các tính chất hóa lý thấy FTFE rắn nhưng không dòn, cắt gọt được, ít bị axit, hóa chất tác dụng cách điện tốt và đặc biệt là mặt ngoài rất trơn. Những đặc điểm này đáp ứng cho nhiều yêu cầu kỹ thuật đặc biệt về cơ khí, hóa chất, điện... Hóa chất đó được đăng ký sáng chế năm 1941. Năm 1945 hãng DuPont mua bằng sáng chế này và đặt tên chất PTFE đã tìm được là Teflon. Vậy Teflon là tên thương hiệu của hóa chất PTFE của hãng DuPont.

Continue Reading

Cây ăn thịt và vật liệu siêu trơn (Omniphobic)

1) Cây ăn thịt.
Gần đây trên báo chí có tin hơi giật gân là “cây ăn thịt tái xuất ở Việt Nam sau 100 năm”. Thông tin này dựa trên kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học ở Viện Sinh học nhiệt đới là vừa tìm thấy cây ăn thịt Nepenthes thorelii còn gọi là cây nắp ấm Thorel ỏ vườn quốc gia Lò Gò - Xa Mát tỉnh Tây Ninh. Nhiều nhà khoa học khác có ý kiến hai chữ “tái xuất” là không đúng vì một số nơi khác ở Việt Nam gần đây vẫn thấy có nhiều cây nắp ấm tức là cây ăn thịt xuất hiện.
Điểm qua những tin tức trên để thấy rằng cây ăn thịt mà ta gọi là cây nắp ấm có nhiều ở Việt Nam. Đó là một loại cây mà các nhà phỏng sinh học trên thế giới gần đây rất chú ý vì bắt chước hoa của loài cây này, người ta đã chế tạo được vật liệu siêu trơn (super slippery material) có nhiều ứng dụng trong khoa học công nghệ.

Cây nắp ấm có chiếc lá đặc biệt với phần cuối phình to ra thành cái túi phía trên hơi loe ra, màu sắc đẹp đẽ như bông hoa rất hấp dẫn. Phía trên có nắp che để cho nước mưa không rơi vào. Nhìn chung giống như cái bình hay cái ấm có nắp nhưng không đậy kín.
Bên trong thành bình có những tuyến hình như cái lồng chuyên tiết ra chất dịch khiến thành bình rất trơn và phía trên gần miệng ấm lại có các tuyến tiết ra chất dịch thơm để hấp dẫn sâu bọ. Quan sát thật kỹ thành bình thì thấy có nhiều sợi nhỏ kết lại thành chất xốp thấm sâu và giữ lâu chất dịch làm trơn, nhờ đó thành bình bên trong không cho bất cứ vật gì to cũng như nhỏ bám dính vào, đó là bề mặt siêu trơn.
Các loại côn trùng như ruồi, bọ, kiến ong, thậm chí cả con chim một khi đã đến miệng bình thì bị trơn tuột rơi xuống đáy. Ở phía dưới gần đáy có dung dịch cũng do các tuyến đặc biệt tiết ra làm tiêu hóa. Các con vật nhỏ rơi xuống đấy dần dần biến thành chất để nuôi cây.

Ở Việt Nam căn cứ vào hình dạng của bông hoa, người ta gọi là cây nắp ấm còn các nước khác người ta gọi bằng nhiều tên nhưng đều có nghĩa là cây ăn thịt: pitcher plant, carnivorous plant, flesh eating plant.

Continue Reading

Tìm hiểu về "Siêu vật liệu chiết xuất âm" và ứng dụng của nó

1. Chiết suất âm
Ở quang hình học, ta biết rằng trong môi trường đồng nhất, tia sáng luôn đi thẳng, còn khi đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường, tia sáng bị gãy, tức là khúc xạ. Thí dụ tia sáng đi từ không khí vào thủy tinh, gọi i là góc tới, r là góc khúc xạ, tỉ số n = sin i/ sinr = 1,4 là chiết suất của môi trường thủy tinh đối với không khí.

Tùy theo đặc điểm, tính chất của hai môi trường, tia khúc xạ có thể bị gãy về phía gần với pháp tuyến của mặt phân cách, tức là góc r nhỏ hơn góc i (n > 1), hoặc bị gãy về phía xa với pháp tuyên, tức là góc r lớn hơn góc i (n < 1), nhưng không bao giờ tia khúc xạ lại bị gãy về phía âm, tức là r < 0 (n < 0) . Vì vậy lẽ thường thì vật liệu nào cũng có chiết suất n dương, (hình 1)

Hình 1. Khúc xạ thường và khúc xạ về phía âm

Tuy nhiên từ đầu năm 2000, báo chí khoa học trên thế giới rầm rộ đưa tin là có thể có vật liệu có chiết suất âm và gọi đó là “siêu vật liệu” (metamaterial) và để chỉ rõ chữ “siêu” ở đây có nghĩa là có chiết suất âm, người ta thêm vào cụm từ siêu vật liệu, cụm từ chiết suất âm (negative index), tức là “siêu vật liệu chiết suất âm”, tiếng Anh là “negative index metamaterials”, viết tắt là NI-MM.

2. Trường hợp nào vật liệu có chiết suất âm.
Để rõ hơn về vật liệu này, ta xét những gì xảy ra khi ánh sáng đi vào một môi trường như thủy tinh. Ánh sáng là sóng điện từ, đó là sự lan truyền rất ăn nhịp của dao động vectơ điện trườngvà vectơ từ trường, hai vectơ này luôn vuông góc nhau và vuông góc với phương truyền sóng. Khi sóng điện từ đi vào vật liệu, thí dụ thủy tinh, điện tử của các nguyên tử cấu tạo nên vật liệu bị sóng điện từ tác dụng: một mặt, các điện tử này phải dao động thẳng “đáp ứng” với điện trườngbiến thiên, một mặt phải dao động quay đáp ứng từ trườngbiến thiên. Dao động của các điện tử này lại tạo ra sóng điện từ gửi đi theo một phương nào đó, đó là tia khúc xạ. Hai đại lượng của môi trường, ở đây là thủy tinh, đặc trưng cho hai kiểu dao động đó là độ điện thẩm ε và độ từ thẩm µ của môi trường. Tính toán cho thấy chiết suất n của môi trường liên quan đến ε và µ theo công thức:

Đối với các vật liệu thông thường thì ε và µ lớn nhỏ khác nhau nhưng luôn là dương và thực tế n luôn dương nên trong công thức lý thuyết trên, người ta chỉ lấy dấu +, không ai để ý đến dấu -
Năm 1968 nhà vật lý lý thuyết người Nga là Veselago chứng minh rằng trong trường hợp vật liệu có ε và µ đều âm thì phải lấy dấu - trướcnghĩa là n < 0 , trường hợp này vật liệu có chiết suất âm.

Continue Reading

Tìm hiểu về Polyme dẫn điện và ứng dụng

1. Chất polyme
Polyme còn được gọi là chất dẻo, chất nhựa có nhiều trong thực vật, động vật nhưng đến năm 1920 các nhà hóa học mới biết cách tổng hợp. Đó là những chuỗi gồm hàng nghìn, hàng chục nghìn phân tử đơn vị giống nhau gọi là monome. Nếu A là phân tử đơn vị, tức là monome thì chuỗi polyme có dạng: AAAAAAAAAAAAAA

Bản thân A là gồm một số nguyên tử liên kết lại bằng liên kết hóa học còn chuỗi polyme gồm các monome A liên kết lại cũng bằng liên kết hóa học.
Chế tạo polyme là điều khiển các phản ứng hóa học sao cho các nguyên tử tự liên kết lại để tạo thành monome và các monome tự liên kết lại để trở thành polyme.
Nếu A là phân tử etylen thì polyme có tên là polyetylen (PE), nếu A là phân tử propylen thì polyme có tên là polypropylen (PP); nếu A là venychloride thì polyme có tên là polyvenycloride (PVC)

Có thể có polyme với hai loại monome là A và B liên kết với nhau một cách hỗn loạn:
AAABABBABABAABA ...
Cũng có thể liên kết theo từng mảng:
AAAAAA BBBBB
Hoặc liên kết trật tự: ABABABABAB

Polyme có hai monome gọi là copolyme. Polyme rất đa dạng dễ điều khiển để có được những loại polyme có các tính chất mong muốn. So với kim loại (và hợp kim) polyme có những ưu điểm:
- Không quá cứng, dẻo, dễ làm thành tấm mỏng, dễ tạo dáng, nhẹ
- Cách điện.
Kết hợp như ở dây điện, lõi dùng dây đồng để dẫn điện tốt, bao quanh dây đồng là vỏ PVC cách điện tốt nhưng mềm dễ uốn là cách kết hợp hoàn hảo trong kỹ thuật điện.

Tuy nhiên sang nửa sau của thế kỷ 20 nhiều yêu cầu của công nghệ cao đòi hỏi phải có polyme dẫn điện.Đó là vì kim loại dẫn điện tốt nhưng cứng không dẻo, khi làm thành lá mỏng dễ bị rạn nứt khi uôn cong và đặc biệt là không cho ánh sáng truyền qua.
Yêu cầu dẫn điện mà trong suốt không có kim loại hợp kim nào đáp ứng được thực ra có một chất vừa trong suốt vừa dẫn điện là ITO (indium tin oxide), có thế sử dụng làm điện cực trong suốt nhưng là oxyt, không thật mềm dẻo.
Cho đến giữa những nàm 1970 ít người tin polyme có thể dẫn điện được. Người ta vẫn nghĩ rằng muốn dẫn điện phải có điện tử tự do mà xét về mặt cấu trúc, polyme không thể có được. Nhưng những suy nghĩ trên bị đảo lộn do một số sự kiện nghe ra có vẻ bất ngờ.

Continue Reading

Chiếu sáng bằng OLED, so sánh với đèn LED

Đèn thả chùm dùng OLED

Trong một bài viết trước ta đã thấy dùng OLED (organic light emitting diode - điốt phát sáng hữu cơ hay LED hữu cơ) để làm màn hình, màn hình sáng đẹp hơn, nhìn nghiêng vẫn thấy rõ, ít tiêu hao năng lượng, có ưu điểm vượt trội so với màn hình LCD.

Nhưng OLED không phải chỉ được dùng để làm màn hình. OLED thực sự đã tạo nên một cuộc cách mạng trong chiếu sáng. Cách đây không lâu, người ta nói rằng LED tạo nên một cuộc cách mạng trong kỹ thuật chiếu sáng, vậy sao nay lại nói OLED tạo nên cuộc cách mạng?

Ta biết rằng LED làm từ tinh thể bán dẫn hợp chất, thường là AsGa. (arsenic-gali). Bằng kỹ thuật vi điện tử, người ta pha tạp rất tinh vi để tạo ra trên bán dẫn lớp tiếp xúc p-n ở gần bề mặt. Khi tác dụng hiệu thế lên tiếp xúc p-n theo chiều thuận (cực âm nối với n, cực dương nối với p), điện tử bị đẩy chạy lại gặp lỗ trống, tái hợp với lỗ trống ở ngay cùng có tiếp xúc p-n. Khi tái hợp, tức là khi điện tử nhảy vào lỗ trống để thành nguyên tử trung hoà, có ánh sáng phát ra (photon), đó là ánh sáng của đèn LED. Cách phát sáng bằng LED rất tiết kiệm về năng lượng, là cách thắp sáng tiết kiệm điện nhất.

Ưu điểm của thắp sáng bằng LED ai cũng thấy rõ. Tuy nhiên có một nhược điểm quan trọng. Đó là do phải chế tạo lớp bán dẫn có tiếp xúc p-n rất tinh vi không thể làm trên diện tích lớn được nên mỗi đèn LED chỉ rất sáng ở một điếm nhỏ. Muốn có một diện tích sáng rộng nhìn vào ít chói, phải ghép nhiều LED, phải dùng chao đèn, tấm chắn mờ v.v... Tiết kiệm điện thật nhưng vẫn còn bất tiện khi mắt người quen với ánh sáng thiên nhiên. Có cách thắp sáng nào cũng tiết kiệm điện nhưng thuận tiện hơn, mỹ thuật hơn không? Câu trả lời hiện nay là có: thắp sáng dựa trên OLED. Ta biết rằng OLED gần đây phát triển rất mạnh là nhờ thành công về nghiên cứu polyme dẫn điện một lĩnh vực kết hợp rất chặt chẽ giữa hoá và lý, đã có nhiều giải nobel được trao tặng.

Continue Reading

So sánh hai loại màn hình LCD là PMLCD và AMLCD

1. Ưu và nhược điểm của PMLCD
Trong bài viết này đã xét đến nguyên tắc hoạt động của màn hình LCD và tìm hiểu kiểu đơn giản và phổ biến là LCD ma trận thụ động PMLCD (passive matrix LCD)Ta đã thấy về cấu tạo, ở PMLCD trên và dưới là hai tấm kính (bằng thủy tinh hoặc polyme trong suốt), ở mỗi tấm kính có dán các lá mỏng làm phân cực ánh sáng và làm cho các phân tử hình que của tinh thể lỏng định hướng song song khi tiếp xúc. Lớp tinh thể lỏng được đặt giữa hai tấm kính và gắn kín.
Ở tấm kính trên có các dải dẫn điện song song, nằm gần khít nhau, dọc theo các hàng ký hiệu là x_1,x₂,x_3... Tương tự ở tấm kính dưới có các dải dẫn điện dọc theo các cột ký hiệu là y_1,y₂,y₃...(hình 1)

Hình 1. Màn hình PMLCD (sơ đồ)

Các dải dẫn song song theo hàng và theo cột trên dưới cách nhau, ở mỗi chỗ hàng và cột giao nhau có một cột tinh thể lỏng nối liền hàng ở trên và cột ở dưới (vẽ tượng trưng như điện trở)

Nếu phát các xung điện chạy theo các hàng x và các cột y và tính toán sao cho khi ở chỗ giao nhau của hàng x_i và cột y_k xung theo hàng và cột cùng đến một lúc thì phần tinh thế lỏng ỏ vị trí ik có điện thế tác dụng ở cực trên và cực dưới đủ mức để tạo ra điện trường hướng cho các phân tử hình que nằm song song, ánh sáng phân cực không lọt qua được, vị trí ik này tối. Tương tự đối với vị trí giao nhau nào, không có đủ hai xung điện đến cùng một lúc, ánh sáng phân cực lọt qua được, vị trí đó sáng. Có thể hình dung ở mỗi chỗ mà dải dẫn theo hàng và dải dẫn theo cột giao nhau có một cột tinh thể lỏng, hai đầu là hai cực dẫn điện. Tất cả các cột tinh thể lỏng nhỏ li ti đó sắp xếp trật tự thành một ma trận các phân tử ảnh của màn hình.

Việc điều khiển phần tử ảnh nào sáng, phần tử ảnh nào tối để tạo ra hình ảnh trên màn hình được thực hiện bằng trình tự phát các xung điện (dài, ngắn, thưa, mau khác nhau) chuyển động dọc dải dẫn theo hàng và theo cột. Ở thời điểm mà cột tinh thể lỏng ik có xung điện theo hàng và xung điện theo cột đến cùng một lúc, hai điện cực ở hai đầu cột tinh thể tạo ra một điện trường đủ sức để hướng các phân tử hình que nằm song song điện trường. Lúc đó ánh sáng phân cực không lọt qua được, phần tử ảnh ik sẽ tối. Ngược lại khi cột tinh thể lỏng ik có xung theo hàng và theo cột không đến cùng một lúc, không đủ điện trường để hướng cho các phân tử hình que song song, cột tinh thể lỏng cho ánh sáng phân cực đi qua được, phần tử ảnh ik sẽ sáng.

Continue Reading

Vật liệu thông minh Nitinol

1. VẬT LIỆU THÔNG MINH
Khi nói đến những vật liệu sử dụng trong khoa học kỹ thuật, người ta thường nghĩ đến những tính chất cơ lý hoá của chúng như khối lượng riêng, độ cứng, độ đàn hồi, khả năng chống ăn mòn V.V... Các thông số của vật liệu có được như thế nào thì khi thiết kế sử dụng phải luôn luôn tuân thủ, không được vượt quá giới hạn.

Bản thân vật liệu cũng rất thụ động, luôn âm thầm chịu đựng những điều kiện áp đặt, chúng chẳng bao giờ biết chủ động đối phó với tình thế. Người ta gọi chung đó là vật liệu “câm lặng”.
Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật bắt đầu từ giữa thế kỷ 20, các nhà khoa học chú ý đến việc chế tạo ra các loại vật liệu không câm lặng nũa mà biết cảm nhận, suy nghĩ, ứng phó kịp thời v.v... gọi là vật liệu thông minh. Chính động vật, thực vật trong tự nhiên đã biết sử dụng rất nhiều vật liệu thông minh. Da con tắc kè biết cách thay đổi màu sắc cho phù hợp nội tâm và ngoại cảnh, xương con vật nếu không may bị gãy, dập thì biết cách tự sửa chữa cho liền lại, chiếc lá cây biết quay về phía ánh nắng mặt trời sao cho tạo ra được nhiều lục diệp tố v.v... Vật liệu phỏng sinh là một xu hướng nổi bật của chế tạo vật liệu thông minh hiện nay. Từ khi có công nghệ nanô, con người tìm cách điều khiển đến từng phân tử, nguyên tử để tạo ra vật liệu thông minh. Đã có các loại vải màu sắc thay đổi lấp lánh theo góc nhìn làm tăng vẻ huyền ảo cho nghệ sỹ biểu diễn. Đã có các lớp phủ lên kính trời âm u nhìn qua thấy trong sáng, trời nắng gắt lại thấy râm mát dễ chịu v.v...

Trong các loại vật liệu thông minh đang được sử dụng nhiều hiện nay, có một loại vật liệu thông minh phổ biến nhất đặc biệt là trong y tế, đó là hợp kim Nitinol.
Ta sẽ tìm hiểu tại sao hợp kim Nitinol lại có nhũng tính chất rất thông minh và một số ứng dụng.

Continue Reading

Tăng tốc độ truyền phát tín hiệu nhờ “siêu vật liệu” graphen

Một thí nghiệm mới phát hiện một lớp phân tử graphen có khả năng đẩy tốc độ truyền phát tín hiệu nhanh hơn 1000 lần, từ gigaherzt (GHz, 1 GHz tương đương tần số 1 tỉ Hz) đến teraherzt (THz). Tức là số tín hiệu truyền đi trong một giây sẽ nhiều hơn gấp một nghìn lần so với trước đây. Nghiên cứu đăng tải trên tạp chí Nature.

Ảnh: Một thí nghiệm mới cho thấy khả năng đặc biệt của graphen: biến đổi tín hiệu đầu vào (màu đỏ) thành các tín hiệu tần số cao hơn (màu vàng, lục, lam).

Graphen hay graphene là tấm phẳng dày bằng một lớp nguyên tử của các nguyên tử carbon với liên kết sp2 tạo thành dàn tinh thể hình tổ ong. Tên gọi của nó được ghép từ "graphit" (than chì) và hậu tố "-en" (tiếng Anh là "-ene"); trong đó chính than chì là do nhiều tấm graphen ghép lại.

Các sóng điện từ ở tần số teraherzt vô cùng khó tạo ra, cũng như khiến các linh kiện silicon truyền thống gặp rất nhiều khó khăn khi xử lý. Tuy nhiên, các thiết bị sử dụng nguyên liệu graphen không chỉ dễ dàng trong xử lý sóng teraherzt mà còn có tốc độ nhanh hơn rất nhiều các thiết bị hiện tại.

Nhà vật lý học Dmitry Turchinovich (ĐH Duisburg-Essen, Đức) cùng các cộng sự đã thử nghiệm khả năng sản sinh sóng teraherzt của graphen bằng cách truyền vào tấm graphene một bức xạ 300 GHz. Khi các bước sóng truyền tới, các electron trong phân tử graphen sẽ nóng lên và nguội đi nhanh chóng, giải phóng các bước sóng có tần số cao hơn sóng đi vào gấp 7 lần. Đây được coi là kì tích thứ hai mà graphene đã tạo ra. Graphene vốn đã được coi là một “siêu vật liệu” có những khả năng phi thường, ví dụ như dẫn dòng điện mà không cần điện trở.

Các tín hiệu 300 GHz chuyển đổi qua tấm graphen lần thứ thứ một nghìn, mười nghìn và trăm nghìn đã đạt được những tần số cực cao tương ứng là 0.9, 1.5 và 2.1 THz (1 THz= 1000 GHz). Tỉ lệ chuyển đổi này vẫn còn khá nhỏ nhưng xét trên điều kiện là một tấm kim loại đơn thì lại rất đáng kể.

Continue Reading

[Giải Nobel vật lý 2010] Graphen - Cấu trúc tinh thể lục giác 2 chiều

Giải Nobel về vật lý năm 2010 sẽ được trao cho Andre Geim và Konstantin Novoselov vì khám phá ra graphen. Đây là một giải rất xứng đáng, nhiều người đã chờ đợi.

Muốn giải thích graphen là gì, đầu tiên ta nói về cacbon. Các bạn chắc vẫn nhớ, ở trường phổ thông ta học về ba thể của cacbon: kim cương, than chì và cacbon vô định hình. Ba thể này khác nhau ở cấu trúc vi mô. Than chì là trạng thái bền nhất ở điều kiện bình thường. Ở mức nguyên tử, cấu trúc của than chì rất đơn giản:

Trong hình vẽ trên, các nguyên tử cacbon là các hình cầu nằm ở đỉnh các hình lục giác. Như bạn thấy trên hình vẽ, than chì cấu tạo theo lớp, mỗi lớp là một lưới lục giác của các nguyên tử cacbon, các lớp xếp chồng lên nhau. Khoảng các giữa các lớp (0.34 nm) lớn hơn nhiều khoảng cách giữa các nguyên tử trong một lớp (0.14 nm). Do đó các lớp của than chì dính vào nhau không chặt, dễ bị tách ra, và đấy chính là lý do than chì được dùng trong lõi bút chì.

Từ giữa những năm 80 người ta bắt đầu tìm ra những thể mới của cacbon. Đầu tiên là C60, phân tử này gồm 60 nguyên tử cacbon xếp với nhau thành một hình giống hình quả bóng đá. Khám phá này được giải Nobel năm 1996 về hóa học. Sau đó là ống nano cacbon, có thể coi là một lớp của than chì cuộn lại thành một cái ống. Nói một cách nôm na, C60 là một vật thể 0 chiều, ống nano là vật thể 1 chiều, còn than chì là 3 chiều.

 

0 chiều, 1 chiều, 3 chiều: ta thiếu 2 chiều. Nếu ta tách được 1 lớp cacbon ra khỏi than chì ta sẽ có một tinh thể lục giác 2 chiều như hình ở dưới.

Cấu trúc này được đặt tên là graphen đã từ lâu, khi chưa ai biết làm ra nó như thế nào. Tại sao lại gọi là graphen? Chắc hẳn “graph” là từ graphite (than chì) ra, còn đuôi -en tôi đoán là do cấu trúc trên có thể coi là một số vô hạn các vòng benzen dính vào nhau. Người ta đã cố gắng làm ra graphen bằng phương pháp hoá học, nhưng các nỗ lực đó đều không thành công.

Continue Reading

Tìm hiểu và so sánh các loại công nghệ màn hình: CRT, LED, LCD, Plasma, OLED...

1. CRT (Cathode ray tube)
CRT có thể được xem là công nghệ màn hình lâu đời nhất được thương mại hoá vào năm 1922, sử dụng màn huỳnh quang và ống phóng tia cathode tác động vào các điểm ảnh để tạo sự phản xạ ánh sáng, chủ yếu được sử dụng trong sản xuất tivi, máy tính, máy đo... Tính đến thời điểm này, CRT được xem là công nghệ lỗi thời, dù đã có rất nhiều cải tiến trong vòng đời của mình, nó vẫn rất nặng nề và cồng kềnh so với những công nghệ sau này như LCD và Plasma. Với đặc tính kỹ thuật của mình, việc sản xuất màn hình CRT trên 40 inch là không khả dụng bởi không gian đòi hỏi qua lớn cũng như chi phí đắt đỏ. Trong khi đó, công nghệ Plasma và LCD cho phép các nhà sản xuất dễ dàng vượt qua giới hạn này.

CRT về bản chất là một hệ thống đèn điện tử chân không. Trong đó nó sử dụng một (với màn hình đen trắng) hoặc ba (với màn hình màu) súng điện tử (bắn tia âm cực) và một màn phosphor. Để hiển thị được hình ảnh, các súng điện tử sẽ bắn tia âm cực (các hạt electron) vào màn phosphor để kích thích chúng phát sáng. Tuỳ theo màu sắc muốn hiển thị, các electron có thể được gia tốc hoặc chuyển hướng trong quá trình bắn từ súng (qua lớp chân không) đến màn phosphor.

Continue Reading

Quá trình sản xuất chip bán dẫn trên nền wafer

Wafer là gì? Có đặc điểm như thế nào?

Wafer là một miếng silicon mỏng chừng 30 mil (0.76 mm) được cắt ra từ thanh silicon hình trụ. Thiết bị này được sử dụng với tư cách là vật liệu nền để sản xuất vi mạch tích hợp (người ta “cấy” lên trên đó những vật liệu khác nhau để tạo ra những vi mạch với những đặc tính khác nhau. Vật liệu đó thường là các hợp kim như: GaSb, GaAs, GaP… ). Đa số, các vi mạch hiện nay đều được sản xuất bằng cách cấy wafer khác nhau để tạo ra những vi mạch với những đặc tính khác nhau, phụ thuộc vào môi trường ứng dụng của vi mạch mà lựa chọn các wafer phù hợp.

Hình 1: Tấm wafer

Các wafer có kích thước trung bình từ 25,4mm (1 inch) – 200mm (7.9 inch). Với sự phát triển của ngành công nghệ vi mạch hiện nay, các hãng sản xuất vi mạch nổi tiếng trên thế giới như Intel, TSMC hay Samsung đã nâng kích thước của wafer lên 300mm (12 inch), thậm chí lên 450mm (18 inch). Việc kích thước wafer được tăng lên đã làm cho giá thành của một vi mạch trở nên rất rẻ. Như vậy, trong quá trình sản xuất, nếu sản xuất được wafer càng lớn thì chi phí sản xuất sẽ giảm (do tiết kiệm được vật liệu sản xuất).

Continue Reading

Plasma là gì?

Plasma: một loại khí ion hóa bao gồm các nguyên tử, electron, ion, phân tử, đoạn phân tử và các dạng kích thích điện tử (định nghĩa không chính thức).

Plasma: an ionized gas consisting of atoms, electrons, ions, molecules, molecular fragments, and electronically excited species (informal definition)

Plasma là trạng thái thứ tư của vật chất (các trạng thái khác là rắn, lỏng, khí) trong đó các chất bị ion hóa mạnh. Đại bộ phận phân tử hay nguyên tử chỉ còn lại hạt nhân; các electron chuyển động tương đối tự do giữa các hạt nhân. Plasma không phổ biến trên Trái Đất tuy nhiên trên 99% vật chất thấy được trong vũ trụ tồn tại dưới dạng plasma, vì thế trong bốn trạng thái vật chất, plasma được xem như trạng thái đầu tiên trong vũ trụ. (Lưu ý là vật chất thấy được, vật chất biết được và vật chất là khác nhau.)

Nếu sự ion hóa được xảy ra bởi việc nhận năng lượng từ các dòng vật chất bên ngoài, như từ các bức xạ điện từ thì plasma còn gọi là plasma nguội. Thí dụ như đối với hiện tượng phóng điện trong chất khí, các electron bắn từ catod ra làm ion hóa một số phân tử trung hòa. Các electron mới bị tách ra chuyển động nhanh trong điện trường và tiếp tục làm ion hóa các phân tử khác. Do hiện tượng ion hóa mang tính dây chuyền này, số đông các phân tử trong chất khí bị ion hóa, và chất khí chuyển sang trạng thái plasma. Trong thành phần cấu tạo loại plasma này có các ion dương, ion âm, electron và các phân tử trung hòa..

Nếu sự ion hóa xảy ra do va chạm nhiệt giữa các phân tử hay nguyên tử ở nhiệt độ cao thì plasma còn gọi là plasma nóng. Khi nhiệt độ tăng dần, các electron bị tách ra khỏi nguyên tử, và nếu nhiệt độ khá lớn, toàn bộ các nguyên tử bị ion hóa. Ở nhiệt độ rất cao, các nguyên tử bị ion hóa tột độ, chỉ còn các hạt nhân và các electron đã tách rời khỏi các hạt nhân.

Các hiện tượng xảy ra trong plasma chuyển động là rất phức tạp. Để đơn giản hóa, trong nghiên cứu plasma, người ta thường chỉ giới hạn trong việc xét các khối plasma tĩnh, tức là các khối plasma có điện tích chuyển động nhưng toàn khối vẫn đứng yên.
Các ví dụ về plasma dễ thấy nhất là mặt trời, các ngôi sao, đèn huỳnh quang và sấm sét.

Nguồn tham khảo: Bách khoa toàn thư mở Wikipedia 

Continue Reading