Các nhà nghiên cứu ở Hoa Kỳ, phát hiện ra bằng chứng cho thấy, nhà phát minh Thomas Edison có thể đã vô tình tạo ra graphene từ hơn một thế kỷ trước, trong quá trình ông phát triển bóng đèn đầu tiên vào năm 1879, trước khi nó được chính thức xác định.
Dưới sự dẫn dắt của Tiến sĩ James Tour, giáo sư hóa học, khoa học vật liệu và kỹ thuật nano tại Đại học Rice, nghiên cứu này nhằm mục đích tái tạo lại các thí nghiệm bóng đèn ban đầu của Edison, bằng cách sử dụng các công cụ phân tích hiện đại.
Nhóm của Tiến sĩ James Tour đã sao chép thiết kế bóng đèn dây tóc gốc carbon của Thomas Edison và áp dụng các điều kiện điện tương tự như những điều kiện sử dụng vào thế kỷ 19. Sau đó, họ nhận thấy một phần của dây tóc đã biến đổi thành graphene turbostratic.
Graphene turbostratic là dạng graphene đa lớp, được nhận biết bởi sự xếp chồng không thẳng hàng, xoay ngẫu nhiên giữa các lớp. Nó được đánh giá cao cho sản xuất quy mô lớn, khối lượng lớn, đặc biệt trong lưu trữ năng lượng và tăng độ bền vật liệu composite.
Graphene là một tấm hai chiều, dày chỉ bằng một nguyên tử, tạo thành từ các nguyên tử carbon, được sắp xếp theo mạng lưới hình lục giác như tổ ong. Được coi là vật liệu mỏng nhất, bền nhất thế giới (mạnh hơn thép khoảng 200 lần), nó cũng nằm trong số các chất dẫn điện tốt nhất.
Ngoài ra, nó có tính linh hoạt cao, trong suốt, hoạt động như một rào cản hiệu quả đối với khí và chất lỏng. Được mệnh danh là “vật liệu kỳ diệu”, graphene được phân lập lần đầu tiên vào năm 2004 bởi Andre Geim và Konstantin Novoselov tại Đại học Manchester, Vương quốc Anh.
Graphene đã và đang trở thành vật liệu cần thiết trong điện tử và lưu trữ năng lượng. Một phương pháp sản xuất graphene turbostratic hiện nay, gọi là “gia nhiệt Joule tức thời”. Trong quá trình này, dòng điện nhanh chóng làm nóng các vật liệu gốc carbon đến nhiệt độ khoảng 2.000 đến 3.0000C.
Tuy nhiên, vào cuối thế kỷ 19, Thomas Edison dựa vào dây tóc làm từ gốc carbon, thường được chế tạo từ các vật liệu tự nhiên như tre Nhật Bản, thay vì vonfram được sử dụng trong bóng đèn sợi đốt hiện đại.
Khi dòng điện chạy qua các sợi đốt này, điện trở gây ra hiện tượng nóng lên nhanh chóng, tạo ra ánh sáng. Nhóm nghiên cứu tin rằng, những điều kiện này gần giống với hiện tượng gia nhiệt Joule tức thời hiện đại và có thể đủ để tạo ra graphene.
Để kiểm chứng giả thuyết này, các nhà nghiên cứu đã tìm mua những bóng đèn kiểu Edison được chế tác thủ công từ một cửa hàng nghệ thuật nhỏ ở thành phố New York, có thông số kỹ thuật gần giống với bằng sáng chế gốc năm 1879.
Sau đó, các nhà nghiên cứu kết nối các bóng đèn với nguồn điện một chiều 110 volt, dựa trên thiết lập ban đầu, và cấp điện cho chúng trong khoảng 20 giây. Họ lưu ý rằng, thời gian tiếp xúc lâu hơn có thể dẫn đến sự hình thành than chì.
Sau các thử nghiệm, các nhà khoa học sử dụng kính hiển vi quang học, phát hiện bề mặt dây tóc thay đổi từ màu xám đậm sang màu bạc, ánh kim. Sau đó, họ sử dụng quang phổ Raman, một kỹ thuật phân tích dựa trên laser giúp xác định vật liệu bằng cách phân tích dấu hiệu ở cấp độ nguyên tử của chúng.
Kết quả xác nhận sự hiện diện của graphene turbostratic trong một số phần của dây tóc. Mặc dù không thể xác định liệu graphene có tồn tại trong các thí nghiệm ban đầu của Edison hay không, nhưng phát hiện này cho thấy, nó có thể đã hình thành trong một thời gian ngắn rất lâu trước khi được phát hiện.
Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí ACS Nano.
