Trên thế giới, graphene, CNTs và hBN được xem là những vật liệu chiến lược của thế kỷ XXI. Chúng xuất hiện trong nhiều hướng nghiên cứu như cảm biến thông minh, pin lưu trữ năng lượng, thiết bị điện tử linh hoạt hay công nghệ xử lý môi trường.
Trong khi đó tại Việt Nam, nhiều nghiên cứu mới chỉ dừng ở từng vật liệu riêng lẻ, chưa hình thành chuỗi công nghệ hoàn chỉnh từ chế tạo, biến tính bề mặt đến tích hợp vào sản phẩm.
Nhóm nghiên cứu của PGS.TS Nguyễn Văn Chúc – Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam lựa chọn hướng tiếp cận xuyên suốt: làm chủ toàn bộ quy trình từ tạo vật liệu nền đến thử nghiệm ứng dụng.
Một trong những kết quả nổi bật là phát triển thành công quy trình bóc tách các tấm nano graphene và hBN từ vật liệu khối bằng công nghệ rung siêu âm công suất lớn kết hợp nghiền bi hành tinh – kỹ thuật nghiền cơ học năng lượng cao giúp tạo ra các lớp vật liệu siêu mỏng với chất lượng ổn định.
Sau quá trình bóc tách, bề mặt vật liệu tiếp tục được xử lý và chức năng hóa để dễ dàng kết hợp với nhiều vật liệu khác, mở rộng khả năng ứng dụng trong cảm biến, lưu trữ năng lượng, điện tử và xử lý môi trường.
Song song đó, nhóm cũng làm chủ công nghệ gắn các hạt nano vàng (Au) và bạc (Ag) lên bề mặt CNTs, graphene và hBN.
Theo các nhà nghiên cứu, đây là bước then chốt bởi khi kết hợp giữa vật liệu carbon nano với nano kim loại sẽ tạo ra các vật liệu tổ hợp đa chức năng có khả năng truyền điện tích tốt hơn, tăng hoạt tính xúc tác và cải thiện đáng kể độ nhạy của các hệ cảm biến.
Chia sẻ về ý nghĩa của nhiệm vụ, PGS.TS Nguyễn Văn Chúc cho biết, điều quan trọng nhất không phải chỉ tạo ra vật liệu mới mà là làm chủ công nghệ chế tạo và xử lý vật liệu.
“Khi có nền tảng đó, chúng ta có thể phát triển nhiều ứng dụng khác nhau phục vụ môi trường, năng lượng và điện tử. Thành công của nhiệm vụ cho thấy Việt Nam hoàn toàn có khả năng tham gia những hướng nghiên cứu vật liệu tiên tiến của thế giới bằng chính năng lực của các nhà khoa học trong nước”, ông nói.
Từ phòng thí nghiệm đến các bài toán thực tế
Không dừng lại ở việc tạo ra vật liệu mới, nhóm nghiên cứu còn đưa chúng vào nhiều bài toán ứng dụng khác nhau nhằm đánh giá hiệu quả trong điều kiện thực tế.
Ở lĩnh vực môi trường, nhóm đã phát triển điện cực cảm biến dựa trên vật liệu tổ hợp graphene, CNTs và nano vàng có khả năng phát hiện dư lượng thuốc bảo vệ thực vật ở nồng độ chỉ cỡ phần tỷ (ppb).
Độ nhạy này có ý nghĩa quan trọng trong giám sát chất lượng nông sản, kiểm soát an toàn thực phẩm và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.
Ở một hướng nghiên cứu khác, vật liệu tổ hợp giữa graphene, hBN và TiO₂ được chứng minh có hiệu quả cao trong quá trình quang xúc tác phân hủy các chất màu độc hại như Rhodamine B và Methylene Blue – những hợp chất thường xuất hiện trong nước thải dệt nhuộm, in ấn và nhiều ngành công nghiệp.
Bên cạnh xử lý môi trường, nhóm nghiên cứu cũng hướng đến bài toán đang được nhiều doanh nghiệp công nghệ quan tâm là quản lý nhiệt cho các thiết bị điện tử.
CNTs, graphene và hBN được ứng dụng để phát triển kem tản nhiệt và chất lỏng tản nhiệt dành cho vi xử lý máy tính cũng như chip LED công suất lớn.
Kết quả thử nghiệm cho thấy các vật liệu mới giúp cải thiện đáng kể khả năng truyền nhiệt so với vật liệu truyền thống. Điều này không chỉ giúp thiết bị vận hành ổn định hơn mà còn kéo dài tuổi thọ trong bối cảnh trung tâm dữ liệu, máy tính hiệu năng cao và hệ thống chiếu sáng công suất lớn ngày càng phát triển.
Ngoài ra, nhóm còn ứng dụng CNTs, graphene và hBN để gia cường các lớp phủ composite nền niken. Kết quả ban đầu cho thấy vật liệu có thể cải thiện cơ tính, tăng khả năng chống mài mòn và nâng cao độ bền của các chi tiết cơ khí làm việc trong điều kiện khắc nghiệt.
Ở lĩnh vực năng lượng, nhóm nghiên cứu tiếp tục thử nghiệm ứng dụng các vật liệu nano trong pin lithium – loại pin đang được sử dụng rộng rãi trên xe điện và thiết bị điện tử.
Các kết quả bước đầu cho thấy khả năng nâng cao hiệu suất lưu trữ năng lượng, tăng độ ổn định của điện cực và phát triển các màng dẫn điện trong suốt phục vụ linh kiện quang điện tử thế hệ mới.
Các kết quả của nhóm đã được công bố trên nhiều tạp chí khoa học quốc tế thuộc nhóm Q1, Q2. Đồng thời, một sáng chế cũng đã được Cục Sở hữu trí tuệ chấp nhận đơn hợp lệ.
Hội đồng nghiệm thu cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đánh giá nhóm đã làm chủ nhiều công nghệ chế tạo, biến tính và tích hợp vật liệu carbon nano tiên tiến; đồng thời phát triển thành công nhiều hướng ứng dụng trong các lĩnh vực môi trường, năng lượng và điện tử.
Trong giai đoạn tiếp theo, nhóm sẽ tiếp tục phát triển các vật liệu nano đa chức năng phục vụ cảm biến thông minh, năng lượng sạch, điện tử và công nghệ môi trường, đồng thời tăng cường hợp tác với doanh nghiệp để từng bước đưa các kết quả nghiên cứu vào sản xuất.
Lượng năng lượng phát ra từ Mặt Trời hiện lớn hơn khoảng một phần ba so với thời kỳ sơ khai cách đây 4,5 tỷ năm. Các mô hình tiến hóa sao cho thấy, xu hướng này sẽ tiếp diễn trước khi Mặt Trời đi đến giai đoạn kết thúc vòng đời sau khoảng 5 tỷ năm nữa.
Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học đã đặt câu hỏi về giới hạn tồn tại của sự sống trên Trái Đất khi Mặt Trời ngày càng sáng. Ước tính ban đầu của James Lovelock và cộng sự vào năm 1982 cho rằng sinh quyển quang hợp của Trái Đất sẽ chấm dứt trong khoảng 100 triệu năm tới.
Tuy nhiên, một nghiên cứu mới công bố ngày 28/5 trên tạp chí JGR Atmospheres đã đưa ra một cái nhìn lạc quan hơn. Các nhà khoa học cho rằng đời sống thực vật có thể tiếp tục tồn tại khoảng 1,8 tỷ năm nữa.
Mốc thời gian này tiến gần đến thời điểm Trái Đất có thể mất đi các đại dương do bức xạ phân tách các phân tử nước hoặc hiệu ứng bay hơi mất kiểm soát, dự kiến xảy ra trong khoảng 2 tỷ năm nữa.
"Chúng tôi muốn chứng minh rằng sự sống trên Trái Đất, đặc biệt là thảm thực vật phức tạp có thể tồn tại lâu hơn trong tương lai so với những gì các nghiên cứu trước đây từng chỉ ra", Jacob Haqq-Misra, nhà thiên văn sinh học thuộc tổ chức phi lợi nhuận Blue Marble Space và đồng tác giả nghiên cứu, cho biết.
Vai trò then chốt của quang hợp và CO2
Sự sống trên Trái Đất phụ thuộc vào quá trình quang hợp, cơ chế sinh học mà thực vật, tảo và một số vi khuẩn sử dụng năng lượng ánh sáng Mặt Trời để chuyển hóa CO2 và nước thành các hợp chất hữu cơ giàu năng lượng, đồng thời giải phóng oxy. Quá trình này đòi hỏi cả CO2 và ánh sáng.
Tuy nhiên, khi Mặt Trời làm Trái Đất nóng lên đến một ngưỡng nhất định, thực vật sẽ không còn khả năng quang hợp, dẫn đến sự sụp đổ của toàn bộ chuỗi thức ăn và sự tuyệt diệt của sự sống.
Robert Graham, nhà khoa học hành tinh tại Đại học Chicago, giải thích: "Trái Đất đã duy trì được mức nhiệt độ bề mặt tương đối dễ sống trong phần lớn 4 tỷ năm qua nhờ một cơ chế điều hòa khí hậu tự nhiên".
Cơ chế này dựa trên việc lưu trữ CO2 trong đá và giải phóng lại thông qua hoạt động núi lửa. Khi Trái Đất nóng lên, hành tinh sẽ hấp thụ nhiều CO2 hơn từ khí quyển và lưu trữ dưới lòng đất, giúp ổn định nhiệt độ nhưng đồng thời cũng làm giảm lượng CO2 sẵn có cho thực vật.
Sinh quyển Trái Đất vẫn còn nhiều ẩn số
Trong nghiên cứu mới, Haqq-Misra và cộng sự Eric Wolf đã sử dụng 29 mô hình khí hậu để ước tính điều gì sẽ xảy ra với sinh quyển thực vật của Trái Đất trong các kịch bản khác nhau.
Họ xem xét hai giới hạn cực đoan: khi Trái Đất quá nóng để sự sống tồn tại dù CO2 vẫn ổn định, và khi CO2 giảm quá thấp dù nhiệt độ vẫn ổn định. Từ đó, nhóm nghiên cứu phân tích các điều kiện trung gian về CO2 và bức xạ Mặt Trời, bao gồm cả các kịch bản Trái Đất có khả năng hấp thụ carbon từ khí quyển rất hiệu quả khi nhiệt độ tăng.
Nhóm nghiên cứu cũng đưa vào mô hình nhiều nhóm thực vật khác nhau, bao gồm các loài có thể sống trong điều kiện CO2 rất thấp nhờ cơ chế quang hợp đặc biệt như CAM (crassulacean acid metabolism) ở cây mọng nước và lan, cũng như một số thực vật biển có khả năng hòa tan và khai thác carbon từ hệ thống đại dương.
Robert Graham nhận định: "Đây là một bước tiến so với các công trình trước và cho thấy các sinh quyển phức tạp như Trái Đất có khả năng chống chịu biến đổi môi trường do Mặt Trời tăng độ sáng tốt hơn dự đoán".
Andrew Rushby, nhà thiên văn sinh học tại Đại học Birkbeck (London), cho rằng công trình này đã cập nhật khái niệm về "tuổi thọ của sinh quyển". Tuy nhiên, ông nhấn mạnh rằng đây vẫn chỉ là những "ước tính mang tính khái quát".
"Chúng ta không thể dự đoán hoặc biết được những khả năng tiến hóa mà sinh quyển quang hợp có thể đạt được để thích nghi với sự gia tăng năng lượng Mặt Trời và sự suy giảm CO2 trong khí quyển, đặc biệt là trong thang thời gian hàng tỷ năm", Rushby chia sẻ.
Các tác giả nghiên cứu cũng lưu ý rằng "các giới hạn do stress nhiệt hoặc thiếu hụt dinh dưỡng có thể chỉ phản ánh những gì chúng ta quan sát được ở sinh quyển hiện tại, chứ không phải là ranh giới cứng cho khả năng tiến hóa của sự sống". Ngoài ra, không ai có thể biết chắc sự sống sẽ thích nghi ra sao trong những điều kiện hoàn toàn mới.
Haqq-Misra cho rằng kết quả nghiên cứu mang lại cảm giác lạc quan: "Hệ thống Trái Đất có độ bền vững cao, và chúng ta là một phần của một quá trình có thể kéo dài lâu hơn rất nhiều so với những gì từng nghĩ".
Lần đầu tiên Việt Nam có hướng dẫn về liêm chính khoa học
Bộ Khoa học và Công nghệ vừa ban hành Hướng dẫn về liêm chính khoa học và đạo đức nghề nghiệp trong nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ theo Quyết định số 2557/QĐ-BKHCN.
Theo đó, trong bối cảnh triển khai Nghị quyết số 57-NQ/TW, Đảng và Nhà nước ngày càng quan tâm, đầu tư cho khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số. Cùng với sự quan tâm đó là trách nhiệm của các tổ chức, cá nhân trong việc bảo đảm liêm chính khoa học và đạo đức nghề nghiệp trong hoạt động nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ.
Đây là lần đầu tiên Việt Nam có một khung nguyên tắc toàn diện về liêm chính khoa học, đặt ra yêu cầu chặt chẽ đối với toàn bộ quá trình nghiên cứu với mục tiêu tuân thủ liêm chính khoa học và đạo đức nghề nghiệp trong toàn bộ quá trình hoạt động khoa học và công nghệ; đồng thời góp phần bảo vệ giá trị tri thức, chất lượng nghiên cứu, xây dựng văn hóa liêm chính khoa học, trách nhiệm xã hội, tính bền vững trong nghiên cứu.
Đáng chú ý, các hành vi đạo văn, ngụy tạo dữ liệu, giả mạo kết quả nghiên cứu hay sử dụng AI để tạo dữ liệu ảo có thể khiến cá nhân bị rút bài báo khoa học, thu hồi kinh phí nghiên cứu, thậm chí bị cấm tham gia nghiên cứu khoa học vô thời hạn.
Định nghĩa rõ ràng các hành vi vi phạm liêm chính khoa học
Theo văn bản hướng dẫn, đạo văn là hành vi sử dụng ý tưởng, dữ liệu, kết quả, sản phẩm trí tuệ hoặc sao chép nội dung, lời văn, hình ảnh trong tác phẩm được bảo hộ quyền sở hữu trí tuệ của người khác hoặc của mình mà không trích dẫn hoặc ghi nhận nguồn một cách trung thực và đầy đủ hoặc sử dụng, công bố sản phẩm do thuê hoặc nhờ người khác thực hiện dưới tên mình, ngoại trừ các nội dung thuộc phương pháp nghiên cứu tiêu chuẩn hoặc dữ liệu nền tảng buộc phải lặp lại.
Các hành vi làm sai lệch bản chất nghiên cứu cũng nằm trong nhóm các hành vi vi phạm liêm chính khoa học. Cụ thể, hướng dẫn định nghĩa chi tiết hành vi ngụy tạo dữ liệu/kết quả nghiên cứu, giả mạo dữ liệu là các thay đổi, ngụy tạo, giả mạo, bỏ sót hoặc truyền đạt sai thông tin, số liệu, kết quả quan sát, thí nghiệm hoặc phân tích được thu thập, xử lý và sử dụng trong quá trình nghiên cứu khoa học.
Ghi tên tác giả không đúng thực tế hoặc loại bỏ tác giả có đóng góp thực sự; cản trở, đe dọa, ép buộc, can thiệp vào quá trình đánh giá, phản biện, xét duyệt bản thảo công bố khoa học cũng được xếp vào nhóm các hành vi vi phạm liêm chính khoa học.
Bên cạnh đó, hướng dẫn cũng nhấn mạnh các hành vi vi phạm đạo đức nghề nghiệp, trong đó bao gồm tiết lộ dữ liệu nhạy cảm thu thập trong nghiên cứu mà không có sự cho phép; thử nghiệm công nghệ hoặc sản phẩm mới gây tác động tiêu cực đến môi trường, tài nguyên thiên nhiên hoặc sức khỏe cộng đồng mà không có biện pháp đánh giá tác động và kiểm soát.
Một điểm đáng chú ý khác của hướng dẫn là lần đầu tiên có quy định về sử dụng trí tuệ nhân tạo trong nghiên cứu khoa học.
Điều 16 của hướng dẫn quy định không sử dụng trí tuệ nhân tạo để tạo dữ liệu giả, ảnh giả hoặc tài liệu tham khảo không có thật; không sử dụng tài liệu do trí tuệ nhân tạo ra chưa được kiểm chứng để làm tài liệu tham khảo, đặc biệt không được đưa dữ liệu mật/chưa công bố lên nền tảng trí tuệ nhân tạo trái quy định pháp luật.
Trí tuệ nhân tạo chỉ được coi là công cụ hỗ trợ và người sử dụng phải chịu trách nhiệm cuối cùng về các nội dung, sản phẩm, tài liệu do trí tuệ nhân tạo tạo ra, do đó cần chủ động khai báo việc sử dụng công cụ trí tuệ nhân tạo hỗ trợ trong quá trình nghiên cứu khoa học để có các phương pháp lưu trữ, đối chiếu khi cần thiết.
Hướng dẫn là tài liệu khung, làm cơ sở để các tổ chức khoa học và công nghệ cụ thể hóa thành quy tắc nội bộ và triển khai áp dụng các biện pháp phòng ngừa vi phạm, trách nhiệm của các chủ thể bảo đảm liêm chính khoa học và đạo đức nghề nghiệp trong phạm vi cơ quan, tổ chức.
Trong quá trình hoặc sau khi hoàn thành nghiên cứu, cá nhân tự phát hiện mình có hành vi vi phạm liêm chính khoa học và đạo đức nghề nghiệp phải kịp thời chấm dứt hành vi vi phạm, có biện pháp khắc phục phù hợp và chủ động báo cáo với chủ nhiệm nhiệm vụ, tổ chức chủ trì, cơ quan tài trợ, tổ chức khoa học và công nghệ.
Cơ quan tài trợ, tổ chức khoa học và công nghệ có thể căn cứ vào tính chất, mức độ, hậu quả của vi phạm để quy định biện pháp xử lý phù hợp như: nhắc nhở, phê bình; cảnh cáo bằng văn bản; yêu cầu cải chính, xin lỗi công khai; dừng giao chủ trì hoặc tham gia nhiệm vụ khoa học và công nghệ đang thực hiện; không cho phép chủ trì hoặc tham gia thực hiện nhiệm vụ khoa học và công nghệ vô thời hạn hoặc trong thời gian nhất định; yêu cầu rút bài báo/ấn phẩm khoa học có liên quan đến hành vi vi phạm...
Các nhà khoa học vừa công bố kết quả nghiên cứu cho thấy bức xạ có thể gây ảnh hưởng tiêu cực đáng kể đến chất lượng hình ảnh của máy ảnh kỹ thuật số, đặc biệt trong các môi trường phơi nhiễm cao như không gian vũ trụ.
Nghiên cứu được đăng tải trên tạp chí học thuật “Sensors” đã chỉ ra rằng, ngoài ống kính, hầu hết các thành phần khác của máy ảnh kỹ thuật số công nghiệp đều không được thiết kế để chống lại bức xạ. Điều này dẫn đến việc chất lượng ảnh bị suy giảm rõ rệt khi thiết bị tiếp xúc với các liều lượng bức xạ khác nhau.
Mặc dù công nghệ máy ảnh kỹ thuật số, bao gồm cả trên điện thoại thông minh, đã đạt được những bước tiến vượt bậc, cho phép tạo ra những hình ảnh ấn tượng, nhưng điểm yếu trước bức xạ vẫn là một thách thức lớn.
Điều đó cho thấy trong các công việc chuyên nghiệp chẳng hạn như những nhiệm vụ không gian, việc bảo vệ thiết bị chụp ảnh kỹ thuật số khỏi bức xạ là yếu tố then chốt.
Tia gamma làm sáng vùng tối, giảm chất lượng ảnh
Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thí nghiệm bằng cách chiếu xạ máy ảnh kỹ thuật số với các liều lượng tia gamma khác nhau từ coban-60, cụ thể là 1,0, 10,0, 20,0, 50,0 và 100,0 gray mỗi giờ. Để dễ hình dung, chỉ cần tiếp xúc với 0,5 gray phóng xạ, một người bình thường đã có thể mắc bệnh nhiễm phóng xạ.
Kết quả cho thấy, các vùng tối trong ảnh chụp bởi máy ảnh trở nên sáng hơn khi tiếp xúc với phóng xạ, và hiệu ứng này càng rõ rệt hơn với liều lượng cao hơn. Đáng chú ý, việc tăng tốc độ liều lượng bức xạ đã gây ra sự suy giảm lớn hơn ở cả vùng sáng và vùng tối của ảnh.
Nghiên cứu cũng nhấn mạnh rằng máy ảnh phim không hoàn toàn miễn nhiễm với tác động của phóng xạ. Việc tiếp xúc với tia X tại sân bay có thể làm giảm chất lượng ảnh nếu phim đã đi qua máy quét.
Tương tự, phóng xạ trong các chuyến bay vào vũ trụ cũng có thể ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng ảnh chụp bằng máy ảnh phim. Điều này cho thấy, phim không nhất thiết là một lựa chọn thay thế vượt trội so với nhiếp ảnh kỹ thuật số trong môi trường có phóng xạ cao.
Cần bảo vệ thiết bị chụp ảnh khỏi bức xạ
Tóm lại, việc tiếp xúc với phóng xạ có thể gây ra những tác động tiêu cực rõ rệt đến chất lượng hình ảnh của cả máy ảnh kỹ thuật số và máy ảnh phim.
Với máy ảnh kỹ thuật số, bức xạ ion hóa làm hỏng cảm biến, gây nhiễu tín hiệu và tạo ra các điểm ảnh lỗi, khiến hình ảnh bị suy giảm độ sắc nét và màu sắc.
Trong khi đó, với máy ảnh phim, phóng xạ có thể làm biến đổi cấu trúc hóa học của lớp nhạy sáng, dẫn đến hiện tượng mờ, loang màu hoặc xuất hiện các vệt bất thường trên ảnh.
Điều này cho thấy, dù công nghệ chụp ảnh đã thay đổi qua nhiều thế hệ, cả hai loại máy ảnh đều dễ bị tổn thương trước tác động của phóng xạ.
Vì vậy, việc bảo quản thiết bị trong môi trường an toàn, tránh tiếp xúc với nguồn bức xạ mạnh là yếu tố quan trọng để duy trì chất lượng hình ảnh và tuổi thọ của máy ảnh.
