Vật liệu mới tăng cường hiệu quả năng lượng trong lĩnh vực điện tử chân không

Hiện nay, những thiết bị điện tử chân không như lò vi sóng và máy X-quang đang ngày càng trở nên phổ biến. Tuy nhiên, chúng cũng tiêu tốn khá nhiều năng lượng, một phần do công nghệ chế tạo thiếu đi những bước tiến có tính đột phá trong suốt nhiều thập kỷ. Mới đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Wincosin – Madison đã tìm ra một loại vật liệu mới có khả năng nâng cao hiệu quả năng lượng của các thiết bị điện tử chân không, từ đó mở ra một trang mới trong lịch sử ngành công nghiệp này.

Như chúng ta đã biết, trong công nghệ điện tử chân không, ca-tốt khi được đốt nóng sẽ phát ra các chùm tia electron trong môi trường chân không, từ đó sinh ra điện. Hiện nay, hầu hết ca-tốt được làm từ kim loại, cụ thể là tungsten với nhiệt độ nóng chảy 3.700 độ C. Tuy nhiên, do tungsten ở nhiệt độ cao sẽ phát sáng nên ca-tốt làm từ tungsten thường được bọc một lớp bari ô-xít. Song bari ô-xít là chất dễ bay hơi nên hiệu quả năng lượng chưa thực sự tối ưu. Trên nhận thức như vậy, TS Booske và TS Dane Morgan tại Trường Đại học Wincosin – Madison đã đặt mục tiêu chế tạo một loại vật liệu mới có nhiệt độ nóng chảy cao, không phát sáng, có thể chuyển hoá hiệu quả dòng electron thành năng lượng, từ đó giảm thiểu tối đa mức tiêu thụ điện trong khi vẫn đảm bảo hiệu quả sản xuất.

Dựa vào lý thuyết mật độ chức năng, Booske và Morgan đã cho máy tính tổng hợp thử nghiệm nhiều hợp chất khác nhau, đồng thời thiết kế phần mềm tính toán nhiệt độ nóng chảy, mức chiếu sáng và hiệu quả chuyển đổi dòng electron trong môi trường chân không của các chất này, cuối cùng lựa chọn ra một hợp chất phù hợp nhất với nhu cầu sản xuất. "Nhờ các thuật toán tiên tiến nhất, chúng tôi đã xác định được một loại vật liệu mới có thể mở ra tương lai đầy hứa hẹn, thay thế hoàn toàn những chiếc ca-tốt tungsten hiện nay," TS Booske khẳng định. Một điểm rất đáng lưu ý trong nghiên cứu này là các nhà khoa học không mất thời gian cho việc làm thí nghiệm với các hoá chất cụ thể mà hoàn toàn dựa trên các tính toán của máy tính. Nói như TS Morgan, “chúng tôi đang thay đổi cách khám phá ra các vật liệu mới”.

Trong thời gian tới, các nhà khoa học nêu trên dự kiến sẽ tiếp tục đào sâu nghiên cứu để mô tả một cách chính xác các thuộc tính của loại vật liệu này, cũng như tìm cách chế tạo nó trên thực tế và ứng dụng vào sản xuất. Họ cũng sẽ suy nghĩ về vấn đề đặt tên cho loại vật liệu mới này.

Anh Tuấn (Theo Science Daily)