Thơ Tranh: Tháng 12 M Bỗng Dưng Xa Lạ

Thơ: Khiếu Long
Thơ Tranh: Suối Dâu

Giáng Sinh Trung Phần

Năm này nét giống những năm qua
Cả không gian lạnh nắng vàng pha
Trăng già lặng đỉnh đầu non Việt
Quê hương còn khổ miệt Trường Sơn

Nước dâng cao từng cơn sóng dữ
Mây đen trời sấm chớp chữ tang
Dìm dân Nam chôn giấc thiên đàng
Thoi thóp thở mơ màng Chúa chuộc

Giáng Sinh ơi ! Vào cuộc cứu đời
Khua chuông mới động trời Nam cũ
Lũ lượt về hạnh phúc mang theo
Chút hơi Chúa lời xưa gieo mộng

Đêm nay mấy....lang thang trống vắng
Đợi Chúa về nghe đắng tâm cang
Phương trời Tây chắc Chúa rộn ràng
Quên cứu chuộc dân Nam cùn khổ

Còn chỗ nào thay Giáng Sinh sau!

Lê Kim Hiệp
4-12-2010

Đêm Này Nhớ Đêm Xưa

Một chút gió về đêm thật lạnh
Mắt buồn vời vợi hướng trời xa
Sài Gòn ai hiểu lòng cô quạnh
Của một người đi vẫn nhớ nhà..!

Đêm nay đường phố đèn hanh sáng
Xanh đỏ đủ màu trông thật xinh
Dân chúng hân hoan mừng ngày Chúa
Giáng xuống trần gian ướp mộng lành…

Riêng ta lòng vẫn hoài năm cũ
Em của Sài Gòn, em năm xưa
Đêm Noel làm sao không nhớ
Em bên ta- Tình đủ ấm chưa ?!

Honda lạng lách theo đường phố
Lê Lợi đây và Tự Do đây
Khu giáo đường bên nhà bưu điện
Đông đặc người đi khói quyện bay

Ôm sát vòng eo, tay búp măng
Ta nghe máu ngược, nhịp tim tràn
Thoảng hương thơm tóc em ve vuốt
Chúa sáng danh- Tình ta sáng trăng!!

Tay nắm bàn tay mát tuổi xuân
Lưng anh em tựa ấm toàn thân
Phố phường đâu chỉ riêng hai đứa
Những cặp tình nhân đứng rất gần…

Đêm nay cũng lại đêm mừng Chúa
Cảnh cũ, người xưa nhớ buốt lòng
Cô bé mắt nâu thời đi học
Bây giờ đò lỡ đã sang sông…

Đêm đông xứ người trời buốt giá
Phố phường giăng mắc lắm đèn hoa
Ta bước đi- Tâm lòng xa lạ
Em có còn không dáng thướt tha…

Thy Lan Thảo

Vườn Nhãn Xưa

Ta về mắc võng trong vườn nhãn,
Chạnh nhớ những ngày tuổi ấu thơ,
Gần ba mươi năm nơi đất khách,
Nhớ hoài tình đẹp tuổi mong chờ.

Có ai sống giữa thời ly loạn
Không có một lần lỗi hẹn nhau?
Ta đi giữa chiến trường bom đạn,
Em trong khung cửa ngẩn ngơ sầu..

Triền miên khói lửa nơi tiền tuyến,
Mang cả nỗi niềm nhớ hậu phương,
Yêu nhau chỉ biết tình sao đẹp,
Nào biết tương lai lắm đoạn trường.

Ta về cưới vội người yêu dấu,
Từ đó em làm chinh phụ buồn,
Em ơi! Ta quyết dâng xương máu,
Xả thân nầy bảo vệ quê hương.

Trăng soi thềm vắng ngày ly biệt,
Cuối tháng Tư buồn chia cách nhau,
Ðâu biết lần đi là vĩnh quyết,
Em giữa trùng vây của khổ đau.

Ta về mắc võng trong vườn nhãn
Nắng ở trên cao soi lá cành,
Trời xanh bát ngát  và mây trắng,
Nhớ quá ! Mà thôi! Dạ cũng đành!

Vĩnh Trinh

Thơ Diễn Ngâm:Hoài Hương - Thơ Yên Dạ Thảo - Hương Nam Diễn Ngâm

https://www.box.com/s/875e488c88202692ff72

Nhớ cố hương em buồn khắc khoải
Bao lần về lòng mãi còn vương
Nhớ tình ruột thịt yêu thương
Trường xưa bạn cũ năm trường từ ly

Em nhớ quá mùa thi trưa nắng
Tiếng ve sầu xa vắng nhớ nhung
Nhớ người, nhớ cảnh… khôn cùng
Nhớ từng kỷ niệm đã chung vui buồn

Em lại nhớ Sài gòn phố thị
Cảnh về đêm xa xí phù hoa
Người mua kẻ bán trước nhà
Dập dìu xe cộ ngày qua lại ngày

Và em nhớ sớm mai mưa hạ
Về ghé thăm anh cả miệt vườn
Cơm trưa đạm bạc rau tương
Gạo thô, canh ngọt mướp hương … ấm lòng

Giờ chỉ còn hoài thương niệm nhớ
Quê hương nay cách trở ngàn trùng
Chia nhau một mảnh tình chung
Phương trời viễn xứ… cố hương vọng về

Yên Dạ Thảo

Tuổi Thơ Tôi Theo Thời Gian - Phần 1

      Mấy hôm nay trời mát có hơi ngay ngáy lạnh, thói thường tôi hay uống café sáng pha phin tại nhà, ngồi xếp bằng dưới nền, chỉ hút 1 điếu thuốc duy nhất, rồi uống trà, kế châm điếu thuốc duy nhất (thứ hai..v..v..)ôi thôi dặn lòng bỏ thuốc lá, khổ nổi ngón tay cứ nhón điếu thuốc, nên môi phải bập bập…

     Nhà tôi ven sông Long Hồ mặt trước là đường, vì là sông nên ngoài cầu Thiềng Đức, còn có đò sang sông những hai bến, kẻ từ cầu về sông cái (sông Tiền), ngày xưa bến đò gần nhà học sinh sang sông phải trả tiền (5 cắc), còn đò cận sông cái sang chợ học sinh đi không phải trả tiền.

     Tôi ở gần bến đò nhỏ, thuở trước do ông Tư lường chèo, là chiếc tam-bản, ông vốn người khách trú, vợ Việt rặc, từ Tam Bình ,chèo về chợ Vĩnh Long, trọn gia đình sống trên chiếc ghe lường nhỏ, mui là mái lá nẹp tre, đậu tạm nơi đất gia đình bác Sáu Minh, bác Sáu thương tình, cho tạm trú trên đất nhà rồi hành nghề đưa đò ngang nuôi trọn một vợ bảy con. Khách sang sông thường là xóm riềng quen thân, trong số đó có tui, nên khách sang sông cùng ông lái đò chuyện trò rôm rả cho đến khi cập bến bên kia, khách trở về cũng vậy. Ngày trước mùa nước nổi, sông chảy xiết, khách đông, thuyền nhích từng chút một, do vậy trước mũi thuyền có thêm chiếc dầm, ai ngồi phía đầu hoặc kế đó cầm dầm bơi tiếp, nay cũng dòng sông này mùa nước nổi rất cao, mà sông chảy không nhanh, ngẫm nghĩ vỡ lẽ, thì ra lúc xưa không có bờ bao trong vườn ruộng nên khi mùa nước nổi, nước tràn lên ruông đồng, thành thử sông chảy xiết, ngày nay bờ bao cũng là đường giao thông nên nước dù lên vẫn êm ả, tà tà mà trôi không việc gì phài vội!!!

     Hồi bác đưa đò đến mãi sau nầy, tôi chưa lần nào sang sông bằng thuyền mới cả, cứ chiếc cũ kéo lên bờ, thì chiếc cũ khác được đấp vá kéo xuống sông làm nhiệm vụ tiếp, đến cặp chèo cũng vậy, khuyết mòn sâu rồi gãy, bác cưa chấp nối lại, nơi mối nối được gia cố thêm miếng nhôm quấn vòng, đóng đinh chằn chịt, quay chèo bên này là dây, bên kia là mảnh lưới chày rách ai đó quăng bỏ, lây lất nuôi gia đình bốn mùa lênh đênh mãi

     Bác thường nói với tôi, khi tôi đủ lớn, giọng lơ lớ (bác chờ ăn đám cưới của cháu với cháu Mẫn rồi bác mới về Tàu), Mẫn là con lớn của bác Sáu Minh, sau 75 một thời gian, Mẫn định cư ở Úc cùng hai đứa em là, Nguyệt, Bé Năm, Mẫn lập gia đình với người bạn đời Philippine tại Úc, còn tôi sau khi nội tôi mất được 5 năm tôi cũng tự lập gia đình, thành thử bác Tư không thể ăn đám cưới được đứa nào cả, thời gian sau đó bác cũng thôi chèo đò để yên giấc ngàn thu, còn lại trong tôi lời hứa xưa cùng tất cả tình thương mà bác đã bỏ lại.

       Hồi trước, sang sông lên đò, bên phải là những chiếc xe nấu nhựa đường, không biết có từ đời nào nằm im lìm sét đỏ, lở từng mảng, bánh xe sắt lún sâu xuống đất khoảng nửa bánh, bên trái cận đường Tống Phước Hiệp, là cây đa rất to, có lẽ to nhất Vĩnh Long thời đó, chứng kiến biết bao thế hệ nhân tài, nhân đức được đào tạo từ trường Nguyễn Thông, tuy không phải vùng đất của bốn mùa, nhưng cứ cuối thu lá úa rụng từng đám xuống đường, trải thảm cho khách bộ hành cho học sinh đến trường thong thả bước. Đâu khoảng mười tuổi, từ nhà, tôi hay ngắm cây đa bên kia sông trong mưa giông qua khung cửa khép hờ sau nhà, phía tàng cao, có một cành đưa ra xa bên ngoài, trên đó có hai nhánh nhỏ hướng thẳng lên cao, một cao phía trước, một thấp hơn phía sau, nhánh nầy chuyển động lên xuống, tôi cảm nhận cành cao phía trước là bà Nội tôi, còn cành nhỏ phía sau là tôi, hai bà cháu cùng cỡi ngựa, chở tôi ra cuộc đời. Bởi nhà tôi lúc đó chỉ có hai bà cháu, bà nuôi tôi từ ấu thơ đến ngày nay bởi cha mẹ ly cách từ khi tôi khoảng ba tuổi, mà bà lại là bà nội nuôi, bà nội ruột mất hồi tôi chưa sanh ra, thuở nhỏ tôi ương yếu lắm, khoảng bảy tuổi, tôi đau ban bạch (thương hàn), nằm liệt cả năm, hết bác sĩ Long (Vĩnh Long lúc đó dường như chỉ có bác sĩ Long) đến thuốc bắc, không khỏi nội chở tôi sang xã Mỹ Thiện trên đường đi Sài Gòn, từ đường lộ đến nơi trị bệnh là đường đất khá xa, nội dẫn tôi đi bộ được đoạn ngắn, tôi mệt, nội thương cõng tôi trên lưng đi tiếp, nội lúc đó cũng khá lớn tuổi. Cả năm bà cháu ăn ở nhà người trị bệnh cho tôi, mãi cận Tết, bà mới đưa tôi về nhà trị bệnh tiếp, tôi mạnh rồi bệnh trở lại (tiếng xưa gọi là trúng lại), năm đó là đầu năm học lớp tư, nghỉ liên tiếp có hơn ba năm, mới đi học lại, cũng lớp tư.Ôi công ơn dưỡng dục biết bao nhiêu mà kể, tôi thương nội tôi lắm, bà còn hơn có lẽ nội ruột của tôi, vừa là cha, vừa là mẹ chăm, cưng chìu tôi từng chút một, bởi nội tôi không có con, nhận ba tôi là con, ôi nuôi cha, rồi nuôi con của cha, với tình thương bao la, vừa bảo bọc vừa che chở v…v..với bao đau thương buồn bã, nội tôi bỏ tôi lại một mình vào năm 78, bởi lúc nầy tôi chưa lập gia đình

     Thỉnh thoảng tôi vẫn đi học bằng đò lớn (đò phìa chợ ), bến đò nầy còn gọi là đò bến đá, bởi nơi đây có trại hòm, và chứa đá làm bia mộ. Còn nhớ ông thợ đục chữ trên bia già lắm vào lúc đó, tóc bạc trắng, mắt kiếng già được gắn chặt trên mắt nhờ sợi thun khoanh vòng sau đầu, ông ở trần đưa làn da nhăn nhúm bọc không kín những chiếc bẹ sườn nhô cao lên trong mỗi cử động đục của ông, người khom sát với chiếc đục nhọn mũi, to, đầu đục sắt cuốn lại tròn phủ xuống thân tay cầm. Cạnh bên là ông thợ cưa đang xẻ gỗ, chiếc cưa rất to, ông ở trần, mặc chiếc quần đen vải ta cắt lửng, ông đứng trên thân cây súc (gỗ to nguyên thân tròn), kéo lên đẩy xuống với chiếc cưa to hết khổ, ông này cũng ốm, khá tuổi, xả ván theo yêu cầu của chủ trại

     Chiếc đò này to dầy, do ông già câm chèo, nói là chèo, chứ thực ra ông đứng ở mũi đò, lưng hướng ra sông, nại lắc qua lắc lại bằng một chiếc chèo to dài, chân ông lúc đó có lẽ do dị tật, bước lên hoặc xuống đò đều thẳng cứng, ông có một bà vợ làm bạn cũng câm như ông, đôi vợ chồng tật nguyền này vẫn ngày ngày đưa khách sang sông, trong đó có tôi, viết những dòng này, xin nguyện cầu cho ông bà được bình yên nơi cõi thiện lành, nếu có kiếp tái sanh, cầu ông bà cùng những người thiện tâm được an lạc, hạnh phúc.

Trương Văn Phú

Tuổi Thơ Tôi Theo Thời Gian - Phần 2

     Chung quanh Vĩnh Long rất nhiều cầu, kể ra nghen, từ trong nội ô. Cầu Tân Hữu thì đi Cần Thơ, cầu Tân Bình đi Sài Gòn hướng bắc, cầu Vòng, cầu Ông Me đi Trà Vinh, trên Kinh Cụt ranh phường một, chiều dài kinh khoảng năm trăm thước, có đến bốn cầu, từ ngoài mé sông cái trở vô, cầu Cái Cá, cầu Lộ, cầu Kinh Cụt, cầu Công Xi heo, phía đông nam có cầu Khưu Văn Ba (nay là cầu Phạm Thái Bường), đi đến nữa là cầu Ông Me, để di chuyển qua phà Đình Khao, lại qua cầu Chợ Cua, phường một đến phường bốn qua cầu Lầu, qua phường năm có cầu Thiềng Đức, ngày xưa còn gọi là cầu sắt.

 

     Nghe nội tôi kể lại, khi đó tôi nhỏ xíu nhưng vẫn còn nhớ, (cây cầu sắt yếu dữ lắm, con chó chạy mà cầu rung rinh, phải mời bác vật LANG đến xem xét, ổng cầm baton vừa đi qua cầu vừa dộng baton xuống cầu rồi bảo, mấy ông yên tâm cầu không sập đâu mà sợ ), cầu không sao, cầu già rồi lung lơ chút đỉnh, đâu có mời khách bộ hành tắm táp ngang xương mà phải sợ, sau đó gia cố thêm ống thép, rồi cầu làm nhiệm vụ tiếp, nếu tôi nhớ không lầm, bề ngang khoảng năm thước, không có đường dành cho người đi bộ, ván cầu đóng khá thưa, cách nhau khoảng năm sáu phân, không biết các bạn nhỏ trang lứa của tôi ra sao, chứ tôi ớn qua cầu, đi mà nhìn xuống sông nước chảy hun hút phía dưới, hãi hùng thấy bà. Khà, khà vậy mà vẫn có động lực lớn giục thúc tội sang sông bằng cầu buổi sáng mà không đi đò của bác Tư Lường.

     Qua Tết ta, trước miễu Tống Quốc Công (nay là nhà văn hóa), là khu vực bán dế phục vụ các em thiếu (quần dài) mặc xà lỏn, giành nhau chụm đầu đưa đít ra ngoài đường, lựa dế. Thường thì khoảng năm sáu quầy bán dế, ông, bà bán ngồi chồm hổm, các chiến binh được chứa đựng đủ phương tiện: thùng thiếc cũ (nguyên là thùng chứa dầu lửa hiệu con sò), thùng cây, thau nhôm có nắp đậy, ai mua thì dở ra, việm sành, .v..v..

     Vốn sợ qua cầu, nhưng vì ham dế, bỏ guốc, đi đến bện này cầu, hít hơi (lấy hơi Minh Vương), chạy tốc độ tối đa sang bên kia mua dế, hồi nhỏ đi học mới đi sandal, ở nhà đi guốc, sang chợ đến quầy bán guốc của bà Chín, má vợ của bác Sáu Minh, guốc làm bằng cây vông,vì loại cây này khi khô rất nhẹ, guốc đàn ông con trai thì thuôn dài, đế thấp, guốc các bà, các cô có eo giữa thân, gót cao nhưng cũng vừa vừa, vật dụng đở chân của các bà đa dạng phong phú nhiều, guốc vông, guốc sơn, guốc sơn mài, còn quai thì đủ kiểu.

     Đến quầy lựa cho vừa chân, đóng quay tại đó, bà Chín vốn đầy đặn mặt rất phúc hậu, luôn tươi cười khi khách đến mua, dù quen hay lạ, phải công nhận bà Chín cười rất phúc (không biết hai cô Phượng – Oanh có còn nhớ hay không ), riêng bác Sáu Minh gái mãi sau nầy vẫn đi guốc vông, dù bà Chín mất đã lâu mãi đến khi, bác bị tai nạn gần đây mới không còn đi guốc nữa (đi dép lào, nhưng nằm nhiều hơn đi). 

      Vĩnh long xưa, có hai nơi dành cho các đoàn cải lương, là miều Tống Quốc Công ở phường một và chùa Bà Minh Hương ở phường năm, còn rạp Lê Thanh dùng chiếu phim, tôi nhớ có lần đoàn hát cải lương Hoa Sen, đoàn này là cải lương pha hát bong (chiếu phim), hồi xưa gọi là đoàn cắt bụp, vì có bắn súng. Lần này tôi được tham gia xem nhờ bà nội dẫn theo đi cùng bác Sáu Minh gái. Nội tôi mặc áo dài thâm, còn bác Sáu gái áo dài trắng nhạt, rất lịch sự, đi xe lôi đạp (còn gọi là xe kéo), lên dốc cầu sắt ông tài xế gò lưng kéo lên, đến khi xuống dốc ển lưng ghì lại, ở chợ rất đông xe lôi đạp, nếu tôi nhớ không lầm thì chỉ khoảng hai chiếc xe lôi có gắn máy kéo, đầu kéo là chiếc xe mobilet (mô bi lết)loại bình xăng vuông, đời đầu. Khi có khách tài xế kéo xe chạy lấy trớn, rồi nhảy lên xe rất nhanh gọn, đạp lia lịa, rồ ga máy kêu xẹt xẹt bằng bằng khói xanh um một góc đường.

     Từ cầu sắt (Thiềng Đức) phía phường năm của tôi, tuy đoạn đường ngắn, đường cùn, có ba rạch ba cầu, gồm từ cầu sắt quẹo trái, rạch cầu cây Mít (nơi đầu cầu khi xưa có cây mít bự), rạch cầu Đào, đến là cầu Dài, tiếp tục đi tới nữa là cùng đường, bên trái, đường dẫn sang chợ Vĩnh Long qua đò Bến Đá, bên phải là cầu Dài, cầu này đáng lẽ phải ghi vào tự điễn guiness phường mới được, bởi nó đúng nghĩa, đầy nghĩa (cầu kì), là cầu ván, đủ thứ ván tạp, dài vắn khác nhau, ngang khoảng sáu bảy tấc, nằm trên từng khoảng cọc ngắn, cao độ năm tấc, còn nhà dân thì thấp dưới cầu, chạy ngoằng ngoèo tùy theo nhà cư dân, rất dài cập theo bờ sông cái, giờ thì không còn, bởi bờ sông lở sâu, nay thành bờ kè rất khang trang.

     Để coi, trong khoảng đường Lê Minh Thiệp (là tên ông giáo) nay là đường (Nguyễn Chí Thanh), có hai chùa tàu, chùa Ông và chùa Bà, riêng chùa Bà ,thờ bà Thiên Hậu, chia không gian thờ và hát xướng làm hai khu riêng biệt, (cũng tương tự như miếu Tống Quốc Công), hướng cầu xuống tí, ngày xưa lắm là đình, tọa lạc bên cạnh rạch cầu cây Mít, đình này nằm bên trái cây dương rất to cao, nơi đây dùng làm chổ hội họp của cấp Hương, Bộ làng Thiềng Đức hồi xưa. Sau đó, khoảng thập niên bốn mươi, năm mươi, kèm thêm chức năng giáo dục, lớp nhì và lớp nhất ,trước khi sang tường tỉnh học. Còn lớp năm, tư ,ba thì học trường fostille (còn có tên gọi là trường thủy binh), một cấp mà hai nơi dạy , cách nhau khoảng hai trăm thước trên cùng một đường, kể được hai chùa Tàu, một đình, còn chùa Phật cũng rất cổ kính, tên gọi chùa Long Thiền, (nay đang tân trang lại theo trào lưu, nên cũng nhạt nhòa ít nhiều nét cổ kính xưa), sau năm bảy lăm,thêm chùa Ni, do ni lập, tên Thanh Châu, cạnh chùa Long Thiền, là nhà thờ họ đạoThiềng Đức, do cha Lục hoạt đông mà nên, lúc đầu nhà thờ hơi nhỏ, nay chuẩn bị nới rộng và cất xứng đáng với sinh hoạt trong họ đạo, cùng giáo dân.

     Đề cập đến trường học mà không kể hết các trường thì quả tình có lỗi. Vĩnh Long xưa, có lẽ dân địa phương trọng học vấn lắm, cấp trung học công là trường Nguyễn Thông, cấp tư thục có ba trường, bao gồm trường Lam Sơn, trường Long Hồ, trường Nguyễn Trường Tộ, Lam Sơn rã gánh trước, rồi đến Long Hồ, nay vẫn có tên trường Nguyễn Trường Tộ, đã dời địa điểm khác nghe đâu là trường điểm, là trung học công lập. Nơi ba ngôi trường trung học tư thục đã từng đào tạo, nay thành nơi kinh doanh, dân cư, công cộng. Sau nầy khi trường Nguyễn Thông đổi tên Tống phước Hiệp, thì Nguyễn Thông là tên trường bán công, tọa lạc cạnh di tích cây đa cửa Hữu, cũng trong phường một còn có hai trường tiểu học Nam và Nữ riêng biệt.

     Về hướng đi Cần Thơ, từ khoảng ngã ba Cần Thơ lên cầu Tân Hữu, khi xưa dành chứa rác, thuở này tôi còn lóc cóc, theo mấy bà chị lớn lội bộ đến gần cầu Tân Hữu xuống ruộng khô cùng ngồi túm tụm, mua dưa gang ăn tại chỗ với đường chảy, dưới ngọn đèn dầu lửa bánh ú, được kéo tim đèn cao cả phân, khói đèn mù mịt, bởi có nhiều người bàn, nhiều tốp anh chị lớn kéo nhau lên đây, vui chuyện làm quen nhau giữa trai gái là chánh, ăn là phụ, mấy bà chị trong xóm tôi, cứ chạng vạng tối, mùa dưa gang, rũ nhau trẫy hội mong có anh nào để mắt đến mình, bởi các bà đang độ, mà ngộ chẳng có ai chú ý cả, đi về quân số như y, không dư thiếu, để được mừng. Đâu độ khoảng những năm 56 -57, chính quyền lúc đó thổi sình (xáng thổi) hai bên bờ lộ, mở rộng khu dân cư, cùng lúc nầy có thêm hai trường trên vùng xáng thổi: trường trung học Kỹ Thuật và trường Sư Phạm Vĩnh Long, rồi một sân banh kế bên được thành lập, dân cư tập trung đông đúc, dần dần trở nên khu kinh tế ổn định.

     Nói đến trường lớp, là nhớ liền thầy cộ bạn học, còn nhớ khi sang sông đi học bằng đò, do ông câm chèo đưa qua bến chợ cá ở Vĩnh Long, tôi đi dọc theo con đường có nhà của Tiến ở (ty Ngân khố), trước mặt tôi, hai chị lớp trên đang thong thả ôm cặp bước đều, chị đang đi phía trong bỗng bất chợt nhảy nhanh tới trước vừa  la lớn:

-“Á” với vẻ hốt hoảng hoang mang, chị bạn đi cạnh hỏi

- Gì vậy?

- Tao tưởng c.. ,thì ra hai bà này mải mê chuyện nên quên trên đường đi học rải rác, từng mảng đất sét lớn nhỏ do bánh xe bỏ dọc đường học trò đi.

     Trong năm đệ tứ,Tuấn ngồi dãy đầu bàn thứ ba, còn tên ngồi kế Tuấn tôi quên (có lẽ Tuấn còn nhớ), tôi thì ngồi đầu bàn thứ tư dưới Tuấn, cạnh trong là tên Đô, tên này khỉ khọt thuộc sư phụ tôi, ngồi bàn học, quần hùng khoanh tay trên bàn như nhau, thầy quay lưng để viết bài, Đô với tay khều Tuấn, thầy quay xuống, nó khoanh tay gọn hơ trở lại, thầy vừa xây lưng, thằng Đô khều mạnh hơn, Tuấn làm tỉnh, lần này tên Đô thò tay khỉ xô mạnh tới trước, mắt kiếng của Tuấn trể xuống, tên này tức mình quá, quay ra sau (kênh)một phát,vậy là bình yên trở lại, thằng Đô mới thôi cái trò giởn nhây.

     Cũng thằng Đô nữa, số là khi vào học, các bạn kẹp tóc thường úp nón lá ở đầu bàn (giờ thì không còn thấy hình ảnh nón lá nghiêng nghiêng mái tóc với một tay vịn kèm, tay kia ôm cặp, khi đến trường hay khi tan học), không biết ở đâu mà nó có cọng thun khoanh, ông nội xé giấy tập làm (bì) vói bắn vào vào nón lá kêu cái bụp, kết quả, nón có một lổ thủng, các bạn đang tập trung học có ai chú ý đâu mà biết, nó tiếp tục phát thứ hai, đến lần thứ ba, phía bàn sau có sự tham gia của hai ba đứa nữa, lần này chúng nó bắn hăng quá, tôi nghe, bùm bụp liên tu, tôi vốn nhạy cười đang vén mồm toét ra (vô duyên), thầy quay xuống, miệng tôi trở về vị trí cũ nhanh chóng, các bạn gái chắc là phát giác ra, lục tục mang nón mang vào trong, không biết đợt pháo nầy, hai chị Trân, Huê, hai bạn Điệp, Huỳnh Hoa có dính đạn không nữa, chờ khi gặp lại nhớ hỏi chỉ Trân xem mới được.

     Trên đường tan học về nhà, Độ chung đường chung hẻm với Huỳnh Hoa, tên này thương thầm Huỳnh Hoa, nên lén quăng trái tim mình vào cặp bạn, còn HH thì chứa tim của bạn Bảnh cùng lớp, ngồi sau cách chúng tôi vài bàn, nên khi trái tim Đô quăng vào, nhưng dội ra rồi rớt đâu đó dọc đường hồi nào cũng không rõ. Học được nửa năm đệ tứ Đô nghỉ học, bỏ lớp, bỏ bạn,bỏ trường nhưng không bỏ được thương nhớ mang mãi theo đường phiêu bạt trong chiến tranh.

     Lần nọ tôi gặp lại Đô ở Rạch Giá, hai đứa mừng lắm, rủ nhau đi dạo, rồi nhậu la cà trên những kệ của ai đó dọc đường đi, có cả Tâm đen cũng bạn học cũ nhưng không chơi chung thuở còn học cùng nhậu. Cách khoảng năm tôi cũng gặp lại nó, hai đúa uống rượu nhắc chuyện xưa, toàn chuyện thuở còn đi học, vui có, buồn có,ưu tư cũng có đủ cả, chuyện mãi đến khoảng nửa đêm, tôi về chỗ ở bên trong bưu điện Rạch Giá,nơi uống gần bãi biển khá gần nơi tôi ở, thằng Đô không cho tôi về một mình, nó đưa tôi về, tôi thấy tội khi nó lang thang chập choạng một mình khi trở về, tôi lại đưa nó về, rồi nó cũng cùng tâm trạng như tôi, tiễn tôi, sau đó cùng chia tay nửa đường, con đường khuya mờ ảo với ánh điện vàng vọt hắt từ đèn đường bên kia sông. Sau đó tôi không còn gặp lại nó nữa.

     Sau bảy lăm, cũng rất tình cờ, tôi gặp lại nó ở quê nhà Vĩnh Long, với đôi mắt đã bỏ lại ở An Lộc, thằng này hay quên quá, hết bỏ trái tim, rồi bỏ đôi mắt. Gặp mặt nhau, ngồi trên sạp cây trước nhà má nó, một xị rượu, một dĩa mồi, mà khi ăn uống phải mò, tôi nó ngậm ngùi kể chuyện xưa, rồi nó mất hồi nào tôi cũng chẳng hay biết, tôi mãi bươi tìm sinh kế, lăn lóc hết thành thị đến thôn quê. Nhưng câu hát nối theo lời tôi hát, tôi vẫn không quên, giờ hình hài nó đã tan rã có lẽ lâu lắm rồi.

     Tôi hát nho nhỏ ở buổi uống rượu cuối cùng, (em tan trường về đường mưa nho nhỏ, em tan trường về đường mưa nho nhỏ ) nó ca nối theo, đúng hơn nó đọc …em tan trường về, anh theo tò tò, theo để hửi đ.....sau lời đọc là nụ cười buồn phảng phất nét bao dung cùng đôi mắt mù.

Trương văn Phú

 

Đêm Và Nỗi Nhớ

Tiễn người trở gót quay lưng

Trái tim trăn trở rưng rưng nhịp buồn

Trăng nghiêng sầu thắt dáng cong

Giọt mưa giăng mắc bên song lạnh lùng

Người đi như nước xa nguồn

Cuộn câu nhung nhớ giữa mông mênh chiều

Ta về gom nhặt chắt chiu

Vần thơ ngày cũ dấu yêu nhạt nhòa

Sóng tình vời vợi dạt xa

Trong nhưng nhức gọi vỡ òa tim đau

Về đâu, lại hỏi về đâu

Xoáy từng ống máu nát nhàu buồng tim

Đêm qua đêm lại từng đêm

Bóng soi vách trắng hắt đèn chông chênh

Môi khô bất chợt gọi tên

Dõi đôi tầm mắt bên thềm lặng tênh

Dối lòng tìm chút bình yên

Dìm trong khắc khoải muộn phiền ngủ quên

Gió lùa giá lạnh… giật mình

Đêm tàn rơi rớt mộng tình riêng ta….

Trần Thị Dã Quỳ

Họp Mặt Của Cựu Giáo Sinh Sư Phạm Vĩnh Long Kỳ 17, Lớp 6, Khóa 8

Kim Oanh kính tặng các Anh Chị, mến chúc các Anh Chị luôn bên nhau với kỷ niệm đẹp trong đòi.
Kính mến
Em Kim Oanh

Nhạc Phẩm: Hội Ngộ (nhạccuatui)
Ca Sĩ: Công Hoàn
Hình Ảnh: Huỳnh Hữu Đức và Nguyễn Tấn Hiệp

Tiểu Sử Ông Nguyễn Thông 1827-1884

TIỂU SỬ ÔNG NGUYỄN THÔNG ( 1827 – 1884 )

          Nguyễn Thông, tên đầy đủ là Nguyễn Thới Thông, tên chữ là Hy Phần, hiệu là Kỳ Xuyên, biệt hiệu là Độn Am, sinh ngày 28 tháng 5 năm Đinh Hợi (1827), tại thôn Bình Thanh, huyện Tân Thạnh, phủ Tân An, tỉnh Gia Định (nay là tỉnh Long An), mất năm Giáp Thân (1884), chôn ở núi Ngọc Sơn, xã Ngọc Lam, phủ Hàm Thuận (nay là Thành Phố Phan Thiết).

         Thân phụ là Nguyễn Hanh người Tân Thạnh (tỉnh Gia Định), kết hôn cùng bà Trịnh Thị A Mầu nguyên quán ở Thừa Thiên, sinh hạ được hai trai là Nguyễn Thông và Nguyễn Hài.

         Anh em hơn kém nhau hai tuổi, cùng học với cha ở nhà từ bé. Năm Nguyễn Thông mười tuổi thì mẹ mất, mười bảy tuổi thì cha mất. Gia đình gặp cảnh khó khăn, Nguyễn Thông phải lao động để giúp đỡ gia đình.

         Rất ham học nhưng không có thầy, Nguyễn Thông đành phải cùng em tự học. Sau may mắn được học với ông Nguyễn Nhữ Hiền một thời gian ngắn (ông này được bổ đến Tân An không bao lâu lại trở về kinh).

         Khoa 1849 (năm Kỷ Dậu, triều Tự Đức) Nguyễn Thông đỗ cử nhân, và thi hội bị đánh hỏng vì tập bài thi bị lấm mực. Đọc bài thi vì thấy văn tài của Nguyễn Thông, nhiều người khuyên nên tiếp tục học để thi khoa sau. Nhưng nhà nghèo không thể tiếp tục ngồi học, Nguyễn Thông nhận chức huấn đạo tại Phú Phong, tỉnh An Giang.

         Sáu năm sau, năm 1855 ông ra Huế làm việc ở nội các tham dự soạn sách nhân sự kim giám (gương vàng soi việc người).

         Năm 1859 quân Pháp đánh thành Gia Định, Nguyễn Thông tình nguyện tòng quân và đã giúp việc đắc lực cho thống đốc quân vụ Tôn Thất Hiệp.

         Năm 1861 đại đồn Chí Hòa bị mất, kế đến tỉnh Biên Hòa bị chiếm, cậu ông là Trịnh Quang Nghi (có chiến đấu ở trận Chí Hòa) và bạn ông là Phan Văn Đạt mộ nghĩa binh chống quân Pháp ở Tân An và Gò Công. Ông tham gia phong trào ấy, may được thoát nạn, Phan Văn Đạt bị bắt giết. Còn Trịnh Quang Nghi qua năm sau giúp Trương Định rất đắc lực trong chức tham tán quân vụ.

         Năm 1862, ba tỉnh miền Đông phải nhượng cho Pháp, nhờ cụ Phan Thanh Giản đề cử Nguyễn Thông được bổ làm Đốc học Vĩnh Long. Về Vĩnh Long, ông vẫn liên lạc với cậu mình (Trịnh Quang Nghị) vui buồn với cuộc chiến đấu của Trương Định, đồng thời liên lạc với các sĩ phu yêu nước, trong đó có những sĩ phu dời gia đình từ miền Đông sang. Những điều nghe thấy lúc này giúp ông dễ dàng viết lưu lại cho đời mấy bài ký về Phan Văn Đạt, Trương Định, Hồ Huân Nghiệp trong “Kỳ xuyên văn sao”.

( Mộ Phần của Ông Nguyễn Thông - Phan Thiết - Tỉnh Bình Thuận)

         Riêng đối với địa phương Vĩnh Long, Nguyễn Thông đã lưu lại những dấu ấn đậm đà, quý báu. Ông chủ động thực hiện bằng được việc xây dựng Văn Thánh Miếu dự trù từ nhiều năm trước. Cạnh Văn Thánh Miếu có dựng lầu Tụy Văn làm nơi chứa sách và học tập. Ông lại cùng Phan Thanh Giản khởi xướng việc dời mộ nhà giáo dục nổi tiếng ở lục tỉnh là Võ Trường Toản, từ Chí Hoà đưa cải táng về Bảo Thạnh (Ba Tri, Bến Tre này nay) vì lẽ đức nghiệp của ông thầy chung không để cho quân địch làm ô uế.

         Sau này, Tụy Văn lâu đổi tên là Văn Xương Các và biến thành nơi thờ cụ Võ Trường Toản cùng các công thần khác.

         Về tác phẩm, Nguyễn Thông còn lưu lại mấy bài thơ lên quan đến Vĩnh Long, đáng xem là những viên ngọc trong kho tàng văn học địa phương.

         Bài “Lên lầu trên thành tỉnh Vĩnh Long” (1863) giữ cho ta được một chút hình ảnh thành xưa:

Vũ tễ đinh câu tập vãn cầm
Nhất thanh họa giác bán lâu âm
Thiên thiêu thành quách chu tạo tại
Đa nạn thân bằng khế khoát thâm (. . . )

Dịch:

Chim chiều về bãi tạnh cơn mưa
Im mát nữa lầu tiếng giốc đưa
Khối lửa vây thành lưu vết trước
Nạn tai rối bạn nặng tình xưa (. . . )

         Năm 1867 trong bài thơ Đón Tết Đinh Mão ở Vĩnh Long, ông cho thấy mình vui cảnh nghèo và lòng vẫn thương ba tỉnh miền Đông:

Đinh Mão tân tuế tác
Nhất ngọa Long Giang chữ,
Niên hoa ngũ độ xuân
Tiệm khan nhi nữ đại,
Đầu giác mấn mao tân.
Quan dĩ trì tàng chuyết,
Thân tương kiệm bổ bần
Cố hương nhưng mã tại,
Cốt nhục chánh bi tân.

Dịch:

Thơ Tết năm Đinh Mão (1867)

Bãi Long Giang mới ngụ,
Chốc đã năm mùa xuân.
Trai gái dần khôn lớn,
Tóc râu vụt úa tàn
Chậm thăng che vụng dại,
Giỏi nhịn đỡ bần hàn
Quê cũ còn binh lửa,
Đồng bào đang khóc than.

         Năm 1867, Pháp đã bức chiếm thành Vĩnh Long, lúc ấy Nguyễn Thông 41 tuổi, cùng một số sĩ phu “tị địa” ra Bình Thuận. Ông cùng các bạn bàn nhau việc điều tra địa thế, tìm căn cứ để tạo điều kiện liên lạc với Biên Hoà, đồng thời phát triển nghề nông, sản xuất lương thực lo kế lâu dài. Ông tổ chức việc đi thám hiểm các vùng cao nguyên La Ngư, Bà Dần, ghi rõ địa hình, địa thế khả năng khai hoang và vẽ rõ địa đồ. Sau đó ông bị điều động đi Khánh Hoà rồi Quảng Ngãi, Huế.

         Cuối năm 1867 làm án sát Khánh Hòa, có dâng sớ xin truy tặng tên thụy cho cụ Phan Thanh Giản và điều trần bốn vấn đề ích nước lợi dân nhưng không được chấp thuận.

         Năm 1870 làm Biện lý bộ hình rồi Bố chánh Quảng Ngãi. Đặc biệt ở Quảng Ngãi trong vòng non ba năm, ông đã làm nhiều việc có lợi cho nông dân, nhất là công tác thủy lợi. Lúc này ông mang một nỗi oan là bị tố cáo xử án thất xuất nên bị cách chức, bị giam và xử trượng. Dân và lính đều thương mến ông, đứng ra xin quan khâm sai Nguyễn Bính vừa đến Quảng Ngãi xét lại tội trạng của ông. Có người tự nguyện đến tận kinh thành kêu oan. Ông được tha. Sau rõ lại là do tên cường hào Lê Doãn vu cáo.

         Có hai việc ông đề nghị được triều đình chấp thuận: tổ chức trồng cây và định rõ việc học sử cùng xin ban cấp sách học các trường.

( Đền Thờ Ông Nguyễn Thông tọa lạc tại Phan Thiết)

         Năm 1876, trở ra làm Tư nghiệp Quốc Tử Giám, cùng các ông Bùi Ước, Hoàng Dung Tân Khảo duyệt bộ “Khâm Định Việt sử cương mục”. Nhân dịp này ông soạn bộ “Việt sử cương giám khảo lược”. Đồng thời ông dâng sớ (và được chuẩn y) việc khai khẩn vùng Tây Nguyên từ biên giới Campuchia đến Quảng Trị, thu nạp dân Nam Kỳ ra. Tiếc là bị quân Pháp phản đối nên triều đình ra lệnh bãi bỏ việc này.

         Năm 1880 ông xoay qua bàn với các người đồng hương chánh thức lập Đồng châu xã, thời gian này ông làm phó sứ diễn nông kiêm Đốc học Bình Thuận. Ông dựng một ngôi nhà nhỏ bên cạnh sông Phan Thiết, đặt tên là Ngọa Du Sào, trên vách có vẻ một số cảnh tiêu biểu mà đời ông trải qua. Năm 1884 Nguyễn Thông mất (58 tuổi).

         Nhìn chung, Nguyễn Thông là một người nghèo có chí tự học, trở thành một nhà nho thật lòng yêu nước thương dân, có tư tưởng tiến bộ, khác hẳn hạng xu nịnh đương thời.

         Thơ văn của ông có giá trị về hình thức lẫn nội dung, được xếp về loại thơ văn yêu nước, và Nguyễn Thông xứng đáng là nhà văn hóa lớn của nước nhà        

Tác phẩm của Nguyễn Thông gồm có

         Ngọa Du Sào thi văn tập

         Độn Am văn tập

         Kỳ xuyên văn sao

         Kỳ xuyên văn độc

         Việt sử cương giám khảo lược

         Nhân sự kim giám

         Dưỡng chính lục
       
         Chúng ta nhớ ơn Nguyễn Thông nhà hoạt động chính trị, xã hội, nhà giáo dục, nhà văn, nhà viết sử yêu nước, có quan điểm tiến bộ, đã đóng góp vào sự nghiệp cứu nước cũng như sự nghiệp phát triển kinh tế và văn hóa của Vĩnh Long và của cả đất nước ta.

(Một ngôi trường được mang tên Ông- Trường Bán Công Nguyễn Thông Năm 1967-Vĩnh Long)*

                                                                   
Trương Kỳ Quốc -Sưu tầm

(Cựu học sinh Kỹ Thuật - Vĩnh Long)

* Cám ơn cô Kim Phượng hình ngôi trường và lớp Đệ Tam B - niên khoá 1967

Thơ Tranh: Một Mai

Thơ: Kim Phượng

Thơ Tranh: Kim Oanh

Tình Hương Gạo Mới

Người hỡi sáng nay nắng có trong

Trong cả đường đi lối nhớ mong

Tình ta như thể hương gạo mới

Gió vỗ về tóc bay bên song

Ngày hai buổi về ngang sông vắng 

Dấu tích ngày xưa âu yếm hằn

Ráng chiều dần xuống đôi mi thắm
Lệ nhạt nhòa ướt đẫm mi căng

Anh đến hôn trên làn mi cuối

Và vỗ về anh yêu em thôi

Đêm sâu bóng tối lòng xao xuyến

Thổn thức con tim nhịp bồi hồi  

Lục Lạc

Tặng Em!

Bài thơ xưa em gửi cho ta đọc.
Như âm vang từng nốt nhạc não lòng.
Thật nhẹ nhàng những lời ai trách móc.
Yêu làm gì mà tình có như không

Người xót xa cho Ngưu Lang Chức Nữ.
Khắc khoải chờ đến tháng Bảy mưa Ngâu.
Chân run run bước qua cầu Ô thước.
Một năm tròn mới được thấy mặt nhau.

Mình yêu nhau đã bao mùa lá đổ.
Đại dương kia vẫn xa cách muôn trùng
Biết bao giờ nối hai đầu nỗi nhớ.
Biết khi nao mình mới được tương phùng?

Dương Thượng Trúc

CHS Tống Phước Hiệp Họp Mặt Niên Khóa 1962-1969 - Vĩnh Long

Thực Hiện:Huỳnh Hữu Đức 

Giỡ Niềm Phù Vân

   (Cảm xúc tùy bút Kỷ Niệm Khó Phai của Lục Lạc)

Phong vân một bức mơ hồ
Khứ lai trấn ải mù mờ thực hư
Choàng tay hụt hẫng tâm tư
Bẻ đôi ký ức bay vù về đâu
Tà huy dọi bóng tình sâu
Thu tàn khơi xác mộ sầu lặng im
Bên hiên trần thế dần chìm
Giữa hồn tục lụy, giỡ niềm phù vân

Hoài Tử

Thơ Tranh: Uất Kim Hương

Thơ: Lục Lạc
Thơ Tranh: KimOanh

Bài Không Tên Số 2 - Vũ Thành An - Tiếng Đàn Phủ Hiền

      Xin gởi nỗi lòng yêu thương đến Kiều Loan,gởi lời cám ơn đến Kim Oanh, Suối Dâu trên trang  longhovinhlong.blogspot.com đã động viên tôi tập đàn trở lại sau 27 năm ly dị với đàn. 

     Kính tặng sư tỷ Kim Phượng, sư huynh Trương Văn Phú.

Nhạc Sĩ: Vũ Thành An 

Tiếng Đàn Phủ Hiền

Mùa Đông

Tương tư thắm thiết với mùa Đông
Ngoài trời giá buốt lạnh cả lòng
Đường phố sắc màu khoe áo ấm
Nắng lụa mơ màng mỏi mắt trông

Những tà áo trắng tỏa hơi sương
Gió lẻn lướt qua gợn tóc mềm
Bàn tay áp nhẹ lên đôi má
Chờ ai đứng đợi nắng bên thềm

Đã mấy mươi năm vẫn cứ chờ
Mùa Đông đi mãi thấy bơ vơ
Mang theo cái rét ngày xưa đó
Để lại hương thừa nỗi ngẩn ngơ

Đông khắc hằn sâu một bóng hình
Vô tình mất hút đã bặt tin
Lưu luyến chưa mờ trong nỗi nhớ
Tuổi hồng đậm nét những vần thơ

Mùa Đông năm đó chắc chưa già
Bao nhiêu dâu bể, lắm phong ba
Rũ đi chiếc áo mùa Đông lạnh
Lạc bước đường về mãi cách xa

Kim Quang
(08/12/13)

Viếng Chùa Hang

Văng vẳng xa nghe tiếng chuông chiều,

Hoàng hôn tĩnh mịch bóng cô liêu.

Hang sâu thăm thẳm từ bao thuở,

Lặng thầm tiềm ẩn nghĩa cao siêu.

Thăm viếng tĩnh tâm nơi Phật thất,

Quay đầu hướng thiện cõi tiêu diêu.

Nhớ đến nghìn xưa lưu tích cũ,

Muôn đời nhân đức chẳng đìu hiu.

Dương Hồng Hưng

(Trích tập thơ "Hà Tiên Phong Cảnh" )

Một Bài Học Về Lòng Nhân

      Có lẽ một trong vài dấu ấn trong gần 20 năm đến trường, tác động rất nhiều đến bản chất, cá tính của suốt cuộc đời tôi. Đó là năm tôi học lớp nhì (lớp 5 ngày nay) với thầy Hà Mai Anh tại trường tiểu học Chí Hoà Sàigon vào giữa thập niên 1950. 

      Gia đình tôi rất nghèo, mẹ bán chuối dạo ở lề đường. Bố làm kẻ hầu hạ cho những gia đình giầu có thế lực thời bấy giờ. Hình ảnh bố mẹ bị nhục nhã, cực nhọc đôi khi bị người ta chửi bới đã in sâu vào ký ức ngay từ ngày còn bé thơ của tôi. Chính những hình ảnh không đẹp đó đã cho tôi có nhiều nhậy cảm với những kẻ giầu có, thế lực mà xấc láo, vô lương tâm.

      Tôi nhớ rất rõ, một buổi sáng vào giờ Đức Dục, thầy Anh giảng cho cả lớp nghe về lòng thương người bất hạnh, tàn tật, nghèo khổ, già lão..v..v.. Thầy đọc cho chúng nghe một vài câu truyện ngắn nói về lòng nhân đạo trong cuốn “ Tâm hồn Cao Thượng ” mà thầy là dịch giả đang bán trên thị trường. 

      Thầy kể cho chúng tôi nghe về vua Lý Thánh Tông (1054 – 1072), vị vua nhân từ của nhà Lý. Trong một ngày vào mùa đông, nhà vua đi tuần thú dân tình, nhìn thấy một người ăn mày quần áo rách nát nằm gục bên đường vì giá lạnh. Nhà vua cảm thương dừng lại, lấy áo ngự bào đắp cho người ăn mày. Trở về cung, nhà vua sai quan quân đem chiếu chăn, quần áo ra ban phát cho người nghèo, kẻ già nua, cô hàn. Cả lớp chúng tôi đã ngẩn ngơ, im lặng theo dõi câu truyện nói về lòng từ ái, thương dân của một vị minh quân trong lịch sử nước nhà.

      Sau đó là giờ ra chơi, tôi cùng với bạn bè trong trường đứng quây quần chung quanh một cái hố khá sâu ở phía sau sân trường dùng để đốt rác, giấy tờ do nhà trường thải ra. Đứng gần bên tôi là một số bạn cùng lớp. Trong đó có một người bạn là con của một chủ tiệm vàng ở đường Lê Văn Duyệt ( CMT8 ngày nay). Cũng đứng gần đó, một người bạn khác, anh ta là con một bác xích lô. Mỗi buổi sáng, cả lớp chúng tôi đều thấy bác xích lô chở anh ta đến trường học rồi mới đi làm việc. Chúng tôi đứng chung quanh chiếc hố, chăm chú nhìn thích thú vào ngọn lửa bập bùng đang cháy dưới đáy hố. Có lẽ vì tánh tinh nghịch, chú bé nhà nghèo, con người đạp xích lô lấy mấy cục đá liệng vào đống lửa đang cháy. Tất cả chúng tôi đều tỏ vẻ bực mình khó chịu, nhưng im lặng, không nói gì. Chú bé nhà giầu, con tiệm vàng quay sang chú bé nhà nghèo gắt lên vài câu để ngăn cản. Thay vì chấm dứt hành động phá nghịch đó, chú bé nhà nghèo lại thấy thích thú hơn, liệng đá nhiều hơn. Không làm sao được với thái độ ngoan cường của đối thủ. Chú bé nhà giầu quay sang tôi phân trần bằng một câu chửi đầy khinh rẻ trước khi quay mặt bỏ đi:

- Mày xem nó ngu muội như thế đó! Thằng bố nó là tên xích lô là đúng rồi ! Nó cũng sẽ là thằng cu li giống bố nó mà thôi! 

      Dù lúc đó tôi mới chỉ 12 tuổi, nhưng câu chửi đầy khinh rẻ, ngạo mạn của cậu bé nhà giầu, không nhắm vào tôi, nhưng tôi có cảm giác con tim non nớt của tôi bị nhói đau. Hình ảnh bố mẹ tôi nghèo khổ, nhục nhã, đã phải im lặng chịu những câu nói khinh rẻ. Những tiếng chửi hạ cấp của những kẻ cường quyền thiếu lòng nhân trong quá khứ trở về, hiển hiện trong ký ức của tôi.Tôi ngẩn ngơ đưa mắt nhìn câu bé nhà giầu bỏ đi mà tự nhiên lòng mình lòng buồn rời rợi. 

       Tôi tự hỏi, chỉ mới 10 phút trước. Cả lớp chúng tôi, trong đó có cậu bé nhà nghèo, cậu bé nhà giầu, tôi và tất cả 55 người bạn khác của lớp học ... đã đờ đẫn nghe thầy giảng về bài học đức dục nên thương người nghèo khổ, thương kẻ khó khăn, già lão...Bài học đạo đức đó đã thấm sâu vào thân xác, vào suy tư,cảm xúc của tất cả chúng tôi một cách trọn vẹn.  Nhưng tại sao người bạn, cùng lớp nhà giầu kia lại vô tình, chóng quên và tàn nhẫn như thế?!  

      

      Tôi không biết người bạn nhà nghèo có đau đớn với câu chửi bới khinh rẻ đó không? Nhưng tôi thấy lòng mình quặn đau khi nhìn về hoàn cảnh của chính mình. Có lẽ bố mẹ tôi vẫn còn thua kém người đạp xích lô nữa là khác. Gia đình tôi , thời sống ở cái xóm tre nghèo quá ! Hàng ngày anh em tôi chưa đến nỗi phải nhịn đói, đến trường ,nhưng thành thật mà nói những bữa cơm của gia đình tôi rất đạm bạc. Quanh đi quanh lại chỉ có rau muống với vài trái trứng vịt chiên xào, sàn sạn những hạt muối mặn làm căn bản cho gia đình 9 miệng ăn mà thôi! Chẳng có gì để nói là bố mẹ và nếp sống của gia đình tôi hơn người đạp xích lô, cha của chú bé nhà nghèo. Đây là hình ảnh đã khắc sâu vào trí nhớ non nớt của tôi suốt đời.

      Rồi thời gian như cánh chim bay qua cửa sổ. Tôi đã lớn lên trong cái nghèo hèn của gia đình, trong cái hy sinh tột cùng của bố mẹ. Nhưng cũng không phủ nhận được cùng với sự chăm chỉ, cô gắng của chính tôi kèm theo biết bao nhiêu may mắn trong đời. Tôi đã thoát khỏi cảnh nghèo khó bằng những thăng hoa lạ kỳ. Lên đại học, tốt nghiệp xong, việc làm vững trãi, rồi được đi tu nghiệp ở hải ngoại. Trong suốt mấy mươi năm sinh sống và làm việc ở trong nước cũng như ở hải ngoại. Dù có những lúc khó khăn, cực nhọc xứ người, nhưng cũng chỉ là tạm thời mà thôi. Sau đó, tôi vẫn tìm cho đời mình được một vị trí sinh nhai trong giới trung lưu có ăn học trong xã hội. Nhưng chắc chắn đến nay dù tuổi đời đã trên 60. Dấu ấn của quá khứ , ngày còn học lớp nhì đã qua đi gần 50 năm rồi, tôi vẫn còn nhớ bài học đức dục đó. Bài học đã theo tôi khắng khít, luôn luôn ẩn hiện trong trí nhớ. Nó khuyên nhủ tôi hãy nhớ về những nhục nhã, khốn khổ ngày xưa của gia đình. Không bao giờ dùng lời chửi bới hà tiện, hay hành động  khinh rẻ  kẻ dưới quyền hay nghèo khổ hơn mình! Đó là điều làm tôi sung sướng và mãn nguyện. Cái sung sướng đầy nhân bản ra đi từ chính nỗi đau khổ của chính cá nhân, gia đình tôi vậy.

Lưu An (Vũ Ngọc Ruẩn)

(Thụy Sĩ,  ngày 7 tháng 8, 2006) 

Thơ Tranh : Hoang Tưởng

Kính tặng chị Kim Phượng

Thơ: Kim Phượng

Thơ Tranh: Suối Dâu

Graphene: Thế Giới Phẳng Của Carbon

"Thượng đế làm ra khối rắn,
nhưng bề mặt được tạo bởi yêu ma."
Wolfgang Pauli

Tóm tắt

Tiếp nối quả bóng C60 và ống than nano, sự ra đời của graphene thuộc dòng họ carbon mang đến cộng đồng nghiên cứu khoa học một niềm kích động to tát và doanh nghiệp một niềm hy vọng lớn cho vật liệu tiên tiến tương lai. Năm 2010, Andre Geim và Konstantin Novoselov đoạt giải Nobel Vật lý cho các công trình graphene càng làm cho cao trào nghiên cứu graphene thêm sôi động. Graphene là vật liệu carbon có hình dạng mạng lưới lục giác nối kết các nguyên tố carbon giống tổ ong và có độ dày của một nguyên tử carbon. Vì vậy, graphene là vật liệu 2 chiều. Sự hiện hữu của graphene đã biết từ lâu vì than chì (graphite) là tập hợp của những lớp graphene mà người ta thường dùng làm lõi bút chì. Với thao tác "dán bóc" đơn giản dùng băng keo Geim và Novoselov lần đầu tiên đã "bóc" ra được một lớp graphene từ than chì, vật liệu mỏng nhất trong vũ trụ, và đã mở màn cho những nghiên cứu cơ bản về mặt phẳng của thế giới vi mô và các ứng dụng trong công nghiệp điện tử, bộ cảm ứng, gia cường, công cụ tích trữ năng lượng và nhiều ứng dụng khác. Bài viết này mô tả quá trình tìm kiếm graphene của Geim và Novoselov, những hiện tượng kỳ bí do sự di động của electron trên bề mặt graphene, phương pháp tổng hợp và các ứng dụng tiêu biểu. Graphene không là một vật liệu 2 chiều duy nhất. Cái huyễn hoặc của bề mặt "hồ ly" nhiều thách thức khiến cho việc tìm kiếm các vật liệu 2 chiều khác graphene diễn ra sôi nổi. Chồng chập các loại vật liệu 2 chiều khác nhau sẽ tạo nên một thứ "bánh kẹp" phân tử rất đa dạng mà các nhà khoa học hy vọng rằng chúng sẽ mang đến nhiều đặc tính thú vị chưa từng thấy với tiềm năng ứng dụng vô cùng phong phú.

1. Thế giới hai chiều

Carbon là một nguyên tố kỳ diệu. Kỳ diệu bởi lẽ nó là cơ nguyên của các vật liệu hữu cơ và sự sống. Nếu các hợp chất chứa carbon không có độ bền kinh ngạc thì sự sống từ thuở khai thiên lập địa đã không thể tồn tại cho đến ngày nay trên hành tinh này, thậm chí trong toàn vũ trụ. Trong vài thập niên gần đây nguyên tố carbon của thời xa xăm bỗng bật dậy "tái xuất giang hồ" qua những phát hiện của vật liệu mới thuần carbon như quả bóng fullerene C60, ống than nano và graphene. Chúng mang lại những niềm hy vọng mới trong các ứng dụng của khoa học vật liệu và cũng là những mô hình thực sự để giải đáp những thao thức lý thuyết đã có từ lâu trong vật lý chất rắn.

Trong các thể loại thuần carbon, than nhiên liệu là carbon vô định hình gắn bó với cuộc sống con người đã vài ngàn năm và cũng là nhân tố thành hình cuộc cách mạng công nghiệp của loài người. Carbon kết tinh có hai dạng khác nhau "thượng vàng hạ cám" trong hình dạng, đặc tính, màu sắc và giá cả. Đó là dạng kim cương cứng, lấp lánh và rất nhiều tiền; dạng thứ hai là than chì (graphite) mềm, đen đúa nhưng giá cả khiêm tốn. Sự khác biệt xuất phát từ cấu trúc phân tử. Trong trường hợp kim cương, toàn thể electron của nguyên tố carbon được nối kết trở thành nối cộng hóa trị nên kim cương là một vật liệu rất cứng và cách điện. Ngược lại, than chì là một tập hợp chồng chập của các lớp hai chiều gọi là graphene và đây là vật liệu 2 chiều có độ dày của một nguyên tử carbon. Những lớp graphene này tương tác bằng những liên kết yếu có thể trượt lên nhau nên trong trạng thái vĩ mô graphite là một vật liệu mềm. Liên kết yếu được tạo bởi những electron tự do nên graphite dẫn điện và hấp thụ ánh sáng.

Chúng ta sống trong không gian 3 chiều (3D). Muốn tìm kiếm vật nhỏ hơn 3 chiều ta phải lặn lội vào thế giới vi mô. Ta có thể xem quả bóng C60, nguyên tử hay hạt cơ bản là vật liệu 0 (zero) chiều, ống than nano hay phân tử polymer là vật liệu 1 chiều (1D) nhưng đối với vật liệu 2 chiều (2D) ta phải chờ đến năm 2004. Một trang giấy gọi là cực mỏng cũng phải có bề dày trong khoảng 50 µm (1/20 mm), nếu kích cỡ của một nguyên tử là 0,1 nm (nanomét) thì bề dày trang giấy tương đương với 500.000 nguyên tử chồng lên nhau. Trong công nghiệp transistor, các kỹ sư điện tử có thể chế tạo chính xác lớp cách điện silicon dioxide (SiO2) cực mỏng có độ dày vài nanomét, hay là chiều dày của vài mươi nguyên tử. Lớp SiO2 của transistor có lẽ là vật chất mỏng nhất mà con người có thể chế tạo. Vì nguyên tử là yếu tố nhỏ nhất của vật chất, như vậy một vật 2 chiều (2D) có thể xem là vật chất có độ dày của một nguyên tử.

Trong vật lý chất rắn đã có rất nhiều lý thuyết bàn về các vật chất 2 chiều giả tưởng và một kết luận quan trọng được đưa ra là quy luật vật lý không cho phép sự hiện hữu của vật chất 2 chiều. Nhưng vào năm 2004 Geim và Novoselov tạo ra một lớp bong graphene từ than chì đã làm thay đổi mọi suy nghĩ kinh điển. Sự phát hiện của graphene đã đem đến một cảm giác tuyệt vời mà theo lời của một nhà khoa học, "Lần đầu tiên trong lịch sử khoa học con người có thể nhìn, sờ và sử dụng được một vật liệu mỏng tận cùng có bề dày của một nguyên tử". Cũng từ 2004 số bài báo cáo về graphene trên các tạp chí hàn lâm gia tăng đột biến đạt gần 2.500 bài trong năm 2009 và vẫn tiếp tục gia tăng (Hình 1). Mặt phẳng graphene còn được xem như là đơn vị cơ bản hay là "mẹ" sinh ra những đứa "con" như quả bóng C60 fullerene, ống than nano và than chì (Hình 1).

Hình 1: Số bài báo cáo về graphene. Graphene là đơn vị cơ bản 

làm ra quá bóng C60, ống than nano và graphite [1-2].

2. Con đường tìm kiếm thế giới 2 chiều

Tháng 12 năm 2010, Viện Hàn lâm Khoa học Thụy Điển trao giải Nobel Vật lý cho công trình nghiên cứu graphene của hai nhà khoa học người Anh gốc Nga, Andre Geim và Konstantin Novoselov (Đại học Manchester, Anh quốc). Graphene là một lớp của than chì. Quyết định làm ngạc nhiên không ít người trong cộng đồng nghiên cứu khoa học vì việc chế tạo graphene của nhóm Geim và Novoselov vừa chỉ xuất hiện vào năm 2004 [3]. Nhưng tầm quan trọng trong ứng dụng của graphene và việc mở rộng chân trời nghiên cứu vật lý lý thuyết cho chất rắn 2 chiều có lẽ là hai nguyên nhân chính trong việc trao giải Nobel cho Geim và Novoselov. Như vậy, trong một phần tư thế kỷ qua với giải Nobel Hóa học (1996) cho fullerene, giải Nobel Vật lý (2010) cho graphene, và việc tái phát hiện ống than nano vào năm 1991 bởi tiến sĩ Sumio Ijima tại phòng thí nghiệm của công ty NEC (Nhật Bản) đã làm "trẻ hóa" một carbon già cỗi và trở thành vật liệu quan trọng mang đến những tiềm năng ứng dụng to lớn trong khoa học công nghệ.

Cũng như than đá và kim cương, fullerene và than chì đã hiện hữu xung quanh ta từ ngàn xưa. Quả bóng fullerene ẩn tàng trong các mỏ than thậm chí trong các đám mây vũ trụ từ thuở khai thiên lập địa. Thiên nhiên huyền bí nhưng thỉnh thoảng cũng phát ra những tín hiệu ám chỉ những ẩn tàng của mình đang chờ đợi con người "bật mí". Thật vậy trong dòng họ carbon, kim cương và than chì là vật liệu có dạng 3 chiều, ống than nano có dạng 1 chiều và quả cầu fullerene có dạng zero chiều. Theo sự suy nghĩ lôgic, phải có sự tồn tại của vật thể carbon 2 chiều lắp vào khoảng hở để hoàn chỉnh toàn bộ dạng thể carbon từ zero đến 3 chiều. Than chì là tập hợp của những lớp graphene và từ lâu người ta đã biết rõ cấu trúc lớp (layered structures) của nó, vì giá rẻ và đặc tính mềm nên không biết làm gì hơn là dùng làm lõi bút chì. Những lớp này giống như mạng lưới hình tổ ong được nối với nhau bởi những liên kết yếu khiến cho nó có thể trượt lên nhau và tách ra khi có một lực tác động từ ngoài. Khoảng cách giữa hai lớp graphene trong than chì là 0,34 nm (nanomét), như vậy cứ 1 mm than chì ta có 3 triệu lớp graphene chồng bám lên nhau. Con người dùng bút chì cũng đã có vài trăm năm nhưng không ai nghĩ động tác viết lên giấy là dùng sức để phá vỡ những liên kết giữa các lớp graphene. Những đường viết bám trên giấy chẳng qua là tập hợp những lớp bong than chì chứa vài trăm, vài mươi lớp graphene và lẩn vào đó có thể là những mảnh graphene chỉ mỏng một vài lớp (Hình 2) cực kỳ trân quý. Vô hình trung, hàng trăm năm qua có thể con người đã tạo vô số graphene bám trên giấy viết nhưng không ai màng quan sát chúng cho đến khi than chì lọt vào mắt xanh của nhóm nghiên cứu Andre Geim và Konstantin Novoselov. Sau đó thì mọi việc trở nên vô cùng thú vị.

 Hình 2: a,b

(a)Than chì trong lõi bút chì

(b) Than chì là tập hợp của các mặt phẳng graphene hình lục giác. Trong mặt phẳng là liên kết cộng hóa trị carbon-carbon rất bền và giữa các mặt phẳng là các liên kết yếu. 

Tại đại học Manchester (Anh Quốc) nhóm nghiên cứu của Geim và Novoselov dùng một phương pháp đơn giản bằng cách áp băng keo lên than chì để tách ra một lớp than chì mỏng hơn, rồi lặp lại thao tác trên lớp than này để có một lớp than mỏng hơn nữa. Làm nhiều lần như thế thì ta có thể thu hoạch được những mảnh graphene [3], một vật liệu 2 chiều với "độ dày" của một nguyên tử. Từ đó than chì từ một "phó thường dân" được thăng hoa trở thành hoàng tử. Một vật liệu như graphene nằm sóng soải trước mắt từ bao ngàn đời nhưng chỉ cần một thao tác "văn phòng" đơn giản để biến nó thành vật liệu của giải Nobel.

Nói như thế không có nghĩa các nhà khoa học kém sự quan tâm đến graphene bởi thật ra gần 80 năm trước tinh thể 2 chiều đã là một đề tài lý thuyết thú vị và sự hiện hữu của nó là một ám ảnh thường trực của các nhà nghiên cứu vật lý lý thuyết. Những nhà vật lý nổi tiếng như Peierls [4] và Landau [5] cho thấy rằng sự dao động nhiệt (thermal fluctuation) sẽ gây ra sự tan chảy mạng tinh thể 2 chiều khiến cho sự hiện hữu của một vật liệu 2 chiều không thể nào xảy ra, tìm nó chỉ hoài công. Những kết quả thực nghiệm về sau đã thực chứng dự đoán này [6] và cho biết nhiệt độ tan chảy của tấm phim giảm theo bề dày của phim và khi tấm phim đạt đến độ mỏng của vài mươi nguyên tử (khoảng 1 nanomét) phim sẽ tự suy thoái co cụm lại thành những "hòn đảo" 3 chiều. Như vậy, vật thể 2 chiều không thể tồn tại vì sự không bền nhiệt động học (thermodynamically unstable). Thiên nhiên dường như không thích vật 2 chiều.

Đó là lý thuyết và kết quả thực nghiệm của vài mươi năm trước. Sự kiện tách một mảng graphene có độ dày của một nguyên tử carbon từ than chì và giữ được nó trong trạng thái tự do bằng một thao tác đơn giản của nhóm Geim và Novoselov dường như mâu thuẫn với những điều hiểu biết trước đó và đã tạo nên một cú "sốc" trong cộng đồng khoa học. Một cú "sốc" rất xứng đáng với giải Nobel và lập tức người ta phải kiểm nghiệm lại những dự đoán lý thuyết và kết quả thực nghiệm. Phải chăng những bậc lý thuyết gia tiền bối nổi tiếng như Peierls và Landau đã tính nhầm một vài con số? Thật ra những dự đoán lý thuyết hoàn toàn chính xác. Mặc dù lý thuyết không chấp nhận một mạng lưới tinh thể toàn bích trong không gian 2 chiều, nghĩa là trên một mặt phẳng tuyệt đối, nhưng nó không cấm đoán một mạng lưới 2 chiều nương tựa trên một khối 3 chiều hay tự thân hiện hữu trong không gian 3 chiều. Điều này đúng với sự quan sát của Geim, Novoselov và các cộng sự [7]. Dưới kính hiển vi họ đã quan sát được những mảng graphene lơ lửng trong trạng thái tự do không phẳng mà lồi lõm như mặt sóng vi mô trong không gian 3 chiều (Hình 3).

Hình 3: a,b

Graphene không tồn tại trong một mặt phẳng tuyệt đối (a)

nhưng hiện hữu với mặt lồi lõm của không gian 3 chiều (b). 

Hầu như nhiều thông tin về điện tính, cấu trúc điện tử đã được biết từ thế kỷ 20, vài mươi năm trước khi bài báo cáo của Geim, Novoselov và các cộng sự xuất hiện. Lý thuyết về cấu trúc dải (band structure) của graphene đã được Wallace đề xướng vào năm 1947 [8]. Lý thuyết này nằm đó đóng bụi với thời gian cho đến khi graphene thực sự ra đời thì nó nhanh chóng trở nên ánh đuốc soi đường. Phương pháp "dán bóc" dùng băng keo của Geim and Novoselov cũng không phải là điều mới lạ. Những chuyên gia đã dùng kỹ thuật "dán bóc" tạo ra những mẫu thí nghiệm cực mỏng để quan sát chúng dưới kính hiển vi. Thủ thuật "dán bóc" cũng đã từng thực hiện trong quá khứ (năm 1997) nhưng chỉ đạt đến vài mươi lớp graphene.

Trong bài diễn văn nhận giải Nobel của giáo sư Geim [9], ông kể lại những bước ngẫu nhiên lắm lúc loạng choạng đưa đến tột đỉnh vinh quang. Sự kiện tạo ra graphene, một vật liệu mỏng nhất trong vũ trụ, từ lõi bút chì và băng keo chỉ là cách nói đơn giản về một quá trình thực nghiệm phức tạp, gian nan và thái độ làm việc cẩn trọng và nghiêm túc. Geim đã hướng dẫn một nghiên cứu sinh người Trung Quốc và "nhầm lẫn" trao cho anh học trò này một thỏi than chì bình thường thay vì là than chì chất lượng cao (có tên khoa học là "highly oriented pyrolytic graphite", viết tắt HOPG) với yêu cầu tách graphene bằng phương pháp mài (polish). Anh sinh viên đáng thương này đã mài suốt trong quá trình tiến sĩ và theo lời của Geim thì giống như mài một hòn núi trở thành hạt cát mà chỉ thu hoạch được một mảnh than chì dày 10 micromét. Quá dày để tìm ra graphene! Sau "nhầm lẫn" này Geim nhanh chóng thay đổi vật liệu và sử dụng than chì HOPG. Kỹ thuật "dán bóc" ra đời trong phòng thí nghiệm của Geim.

Tách một mảnh graphene từ một thỏi than chì là một việc nhưng việc nhận diện graphene là một việc khó khăn hơn. Việc tìm ra mảnh graphene một vài lớp trong hàng ngàn mảnh graphene dày mỏng khác nhau gần như việc mò kim đáy biển. Trong việc quan sát graphene, những kính hiển vi tối tân như kính hiển vi điện tử quét đường hầm (scaning tunelling microscope), lực nguyên tử (atomic force microscope) gần như vô hiệu để nhận diện graphene. Nhưng với một "ánh chớp thiên tài" Geim, Novoselov và những nghiên cứu sinh đã chuyển những lớp than chì dày mỏng khác nhau và chứa vô số lớp bong graphene từ băng keo sang một đĩa silicon rồi quan sát dưói một kính hiển vi quang học bình thường. Bề mặt của silicon thường bị phủ bởi silicon dioxide (SiO2) do sự oxit hóa. Thực chất là các lớp bong graphene được đặt trên SiO2. Dưới sự khúc xạ của ánh sáng và sự giao thoa cuả phản xạ từ SiO2 lớp bong graphene cho ra nhiều màu sắc tùy theo độ dày của graphene giống như bề mặt nhiều màu của bọt xà phòng (Hình 4). Từ màu sắc khác nhau ta có thể tính được số lớp của graphene. Chính lớp phủ SiO2 này đã cho sự phản xạ ánh sáng thích hợp để ta có thể nhận diện được graphene dưới ống kính hiển vi quang học bình thường. Graphene càng mỏng thì càng trong suốt, màu sắc càng mong manh và càng khó phát hiện. Graphene một lớp chỉ thấy được khi lớp SiO2 có độ dày chính xác 315 nm. Nếu độ dày chệch ra ngoài con số may mắn này thì graphene một lớp sẽ không bao giờ hiện ra dưới ống kính hiển vi và mãi mãi chôn vùi theo thời gian [10-11].

Hình 4:

 (a) Lớp bong graphene từ than chì được tách ra bởi băng keo. 

(b) Những lớp bong cho nhiều màu sắc bởi độ dày khác nhau dưới kính hiển vi quang học [9]. 

Nhưng khoa học về graphene sẽ không có gì thú vị nếu chỉ ngừng ở việc mày mò quan sát dưới kính hiển vi một vật liệu mỏng với bề dày nguyên tử. Graphene cần được dùng để chế tạo một công cụ (device) nhưng trước hết cần phải định rõ đâu là đường ranh của bề mặt 2 chiều và thể khối 3 chiều. Việc tìm kiếm đường ranh và phân loại số lớp của tập hợp graphene là điều quan trọng trong lý thuyết lẫn ứng dụng. Đương nhiên, bề mặt của một lớp nguyên tử là một vật tuyệt đối 2 chiều; hai lớp, ba lớp vẫn được xem là bề mặt 2 chiều mặc dù có cấu trúc điện tử khác nhau và cho những ứng dụng khác nhau. Khi tập hợp graphene có năm lớp thì sự phân biệt giữa bề mặt và thể khối bắt đầu xuất hiện [12]. Khi chồng lên mười lớp thì ta tiến đến vật liệu 3 chiều cực mỏng và khi có 100 lớp thì nó sẽ có độ dày 10 nanomét (nm) và trở thành một màng mỏng với những đặc trưng của tuyệt đối 3 chiều.

Như vậy, sự phát hiện của Geim và Novoselov đã tạo ra một chấn động như thế nào để đoạt được giải Nobel? Là một chuyên gia về màng cực mỏng và cũng như những nhà vật lý thực nghiệm khác, Geim băn khoăn tự hỏi có khả năng nào dùng màng cực mỏng thay thế silicon làm transistor để tiếp tục con đường thu nhỏ theo định luật Moore. Đứng trước số lượng báo cáo lớn về transistor dùng ống than nano và có trong tay những mảnh graphene li ti vô cùng hấp dẫn Geim dự đoán nếu dùng "người em họ" graphene thay cho ống than nano ta sẽ có transistor tương tự như ống than nhưng sẽ rất khác biệt về mặt vật lý vì graphene không phải là màng mỏng 3 chiều mà chỉ là một bề mặt. Ngoài ra, dùng transistor như là một công cụ ta có thể khảo sát được cơ cấu vận chuyển của electron trên mặt phẳng 2 chiều. Trước cuộc thí nghiệm tưởng tượng này Geim và Novoselov tràn đầy niềm hứng khởi và tự tin. Einstein từng nói, "Sự tưởng tượng quan trọng hơn tri thức" và sự tưởng tượng của Geim và Novoselov đã tạo ra một transistor đầu tiên dùng graphene. Từ ý tưởng của Geim, Novoselov đã dùng tăm xỉa răng chấm chất keo bạc lên mảnh graphene li ti có kích cỡ 50 x 100µm (100µm là đường kính sợi tóc) để nối dây dẫn điện làm transistor. Bài báo cáo vỏn vẹn ba trang giấy [3] nhóm Geim và Novoselov diễn tả đặc tính transistor graphene và sự vận chuyển của electron và lỗ tích điện dương đã làm bùng nổ một cuộc cách mạng và đưa đến giải Nobel.

Trong một bài báo cáo kế tiếp Geim và Novoselov [13] và nhóm Kim [14] cho biết một phát hiện khác đầy kinh ngạc là electron di động trên mạng với vận tốc rất cao (1.000 km/s) hay 1/300 lần vận tốc của ánh sáng (300.000 km/s) và hành xử như hạt không có khối lượng (massless) giống như photon (Phụ lục 1). Nhờ vào sự di động rất cao của các electron graphene có độ dẫn điện 40 % cao hơn đồng. Như vậy, khác electron trên mặt của chất bán dẫn như người ta thường biết bề mặt graphene giờ đây là một vũ trụ hai chiều của thế giới vi mô trong đó electron "bay" ngang dọc như photon ánh sáng trong vũ trụ bao la của vạn vật.

Bề mặt lục giác graphene vẫn chưa hết sự ly kỳ. Sự chuyển động của electron trên bề mặt này được ghi nhận là "đạn đạo" (ballistic); nó có ý nghĩa rằng khi di động electron không va chạm vào bất cứ vật thể gì trên quãng đường chu du của nó. Hiện tượng này giống như siêu dẫn không gây ra điện trở. Sự chuyển động của electron trong ống than nano cũng có đặc tính đạn đạo. Suy luận một cách định tính, trong con đường hầm trống rỗng của ống nano hay khoảng không gian tự do trên và dưới của bề mặt graphene chuyển động đạn đạo của electron xảy ra gần như một tất nhiên. Người ta đã đo được quãng đường tự do trung bình (mean free path) của chuyển động đạn đạo trên mặt graphene là 65 µm dài nhất trong tất cả vật liệu biết từ trước đến nay. Trong thế giới vi mô 65 µm là khoảng cách rất dài; 3.200 lần dài hơn khi so với độ lớn 22 nm của transistor trong chip vi tính.

3. Transistor

Gần hai thập niên qua sự phát triển của công nghiệp điện tử phần lớn tùy thuộc vào sự thu nhỏ của transistor [15]. Vật liệu chính dùng trong transistor hiện nay là nguyên tố silicon. Kích cỡ của transistor hiện nay đang dừng ở 22 nm và chip dùng trong các máy tính chứa hàng tỷ transistor trên một diện tích vài cm2. Transistor silicon là nhân tố cơ bản của kỹ thuật số (digital) với biểu hiện qua hai số 0 (đóng) và 1 (mở). Trong một tương lai gần sự thu nhỏ bắt buộc phải dừng lại khi chạm đến giới hạn kích cỡ của nguyên tử silicon. Các nhà khoa học và kỹ sư điện tử từ nhiều năm qua trăn trở tìm giải pháp để tiếp tục con đường thu nhỏ cho transistor. Một giải pháp là chế tạo một transistor theo khái niệm hoàn toàn mới chẳng hạn như dùng spin của vi hạt; spin quay hai chiều một chiều là 0 và chiều ngược lại là 1 hay là transistor quang học điểu khiển bởi photon thay cho electron trong transistor hiện tại. Một giải pháp khác là tiếp tục dùng thiết kế hiện có nhưng thay silicon bằng một vật liệu khác. Các nhà khoa học nhìn quanh từ nhiều năm qua tìm vật liệu mới khả dĩ có thể thay thế silicon để tiếp tục cuộc thu nhỏ. Việc dùng ống than nano vỏ đơn (single-walled carbon nanotube, SWNT) thay silicon trong transistor đã được thực hiện thành công trong các phòng nghiên cứu nhưng còn nhiều vướng mắc kỹ thuật trong việc sản xuất. Thứ nhất, SWNT vẫn chưa có thể sản xuất đại trà có độ tinh khiết hơn 99 % và có sự đồng nhất về cấu trúc và độ dẫn điện. Thứ hai, các ống nano có khuynh hướng dính vào nhau do lực van der Waal và việc tách rời từng ống nano trong quá trình sản xuất transistor vẫn còn ở trình độ thủ công. Cho đến ngày nay transistor ống than nano vẫn chưa có thể vượt qua transistor silicon về độ nhỏ cũng như phẩm chất.

Kết quả thí nghiệm của transistor graphene trong bài báo cáo đẳng cấp Nobel của nhóm Geim và Novoselov [3] cho thấy graphene với độ dày của một vài lớp nguyên tử có thể kích thích được sự di động của electron trong điện trường (Hình 5). Họ đã đo được độ di động của electron và lỗ (hole) có tích điện dương trong chiếc transistor "thô thiển" là 10.000 cm2/V.s hay là 7 lần nhanh hơn trong transistor silicon (1.500 cm2/V.s) (Phụ lục 2). Trong các cuộc thí nghiệm kế tiếp trên mặt phẳng graphene tinh khiết không chất tạp độ di động đạt đến 100.000 – 200.000 cm2/V.s hay là 70 - 140 lần nhanh hơn trong silicon. Bài báo đã thu hút sự chú ý mãnh liệt của các nhà nghiên cứu trên thế giới. Khả năng chế tạo transistor với độ dày một nguyên tử (0,335 nm), hay nói một cách khác - độ mỏng tận cùng của vật chất với độ di động cao hơn silicon đã mang nhiều hứng khởi đến cộng đồng khoa học điện tử. Một vấn đề cũ lại được đem ra tái kiểm nghiệm rằng liệu graphene có thể thay thế silicon để tiếp tục cuộc cách mạng thu nhỏ của transistor?

Hình 5: Cấu trúc của transistor graphene, có 3 điện cực 

là nguồn (source), máng (drain) và cổng (gate). 

Graphene được phủ lên bề mặt SiO2 và nối với 

điện cực nguồn và máng (Nguồn: www.jameshedberg.com).

Trong máy tính mọi thông tin và dữ liệu đều được số hóa và chuyển tải ở dạng nhị nguyên 0 và 1. Silicon là chất bán dẫn và có vùng cấm (bandgap) ở giữa dải dẫn điện (conducting band) và dải hoá trị (valence band) (Phụ lục 3). Sự hiện hữu của vùng cấm trong nguyên tố silicon đã cho transistor chức năng nhị nguyên biểu hiện qua số 0 và 1 có tác dụng đóng mở dòng điện tùy vào điện thế của cổng transistor. Nói cách khác, transistor silicon có tác dụng như vòi nước và cổng transistor như là bộ phận khoá mở nước [15]. Nhưng tạo hóa không dễ dàng chiều lòng người. Nghiên cứu lý thuyết của Wallace vào năm 1947 về cấu trúc dải điện tử cho thấy graphene không có vùng cấm (gapless). Graphene không có vùng cấm nên transistor graphene không có chức năng nhị nguyên như transistor silicon. Nói một cách nôm na, transistor graphene như là một vòi nước chỉ có thể mở nhưng không thể đóng. Một số phòng nghiên cứu đã cải tạo graphene nhằm tạo ra một vùng cấm để tạo ra một chức năng giống như silicon. Năm 1996 trước khi graphene ra đời nhà vật lý Nhật Bản, Mitsutaka Fujita, [16] đã tính toán cho thấy nếu ta có thể cắt graphene thành một ruy-băng (ribbon) dài, gọi là băng nano graphene (graphene nanoribon) thì vùng cấm xuất hiện. Vùng cấm càng mở rộng khi tỉ lệ chiều ngang và chiều dài của ruy-băng càng nhỏ. Ngày nay, việc chế tạo băng nano graphene có thể thực hiện bằng cách "cắt" ống than nano vỏ đơn (SNWT) dọc theo chiều dài ống. Độ lớn vùng cấm của băng nano graphene được đo và rất phù hợp với kết quả tính toán của Fujita vài mươi năm trước. Nhưng tiếc thay khi có vùng cấm thì độ di động của các điện tử trong mạng graphene bị giảm sút. Người ta đã chế tạo băng nano graphene mở ra vùng cấm có độ lớn tương đương với silicon (1,1 eV) thì độ di động của các hạt tích điện (electron, lỗ) nhỏ hơn độ di động trong silicon. Độ di động giảm sút thì thông tin chuyển tải cũng bị giảm theo. Việc thay thế silicon của graphene để tiếp tục thu nhỏ transistor cho máy tính bỗng nhiên hụt hẫng.

Trong quá khứ đã có nhiều tuyên bố về một vật liệu "cứu tinh" thay thế silicon tiếp tục con đường thu nhỏ transistor. Những vật liệu này đến rồi lại đi trong khi transistor silicon vẫn bình tĩnh tiến bước, càng lúc càng được thu nhỏ và hiệu năng càng hoàn thiện. Graphene cũng được xem như một vật liệu "cứu tinh" nhưng vì bản chất không có vùng cấm nên transistor graphene không có khả năng đóng dòng điện (không có trạng thái 0); việc thay thế silicon chế tạo transistor nhị nguyên cho máy tính trở nên vô nghĩa. Nhưng điều này không có nghĩa graphene là kẻ thua cuộc trong cuộc chạy đua transistor.

Độ mỏng tuyệt đối nguyên tử và độ di động tuyệt vời của điện tử trong graphene vẫn là những đặc tính quá hấp dẫn khiến cho các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp không thể đơn giản phủi tay. Kể từ bài báo cáo đột phá của Novoselov và Geim (2004) [3] cho đến ngày hôm nay (2013), transistor graphene đã phát triển rất nhanh và cho thấy nhiều lợi điểm hơn "người anh em" ống than nano. Hơn nữa, việc sản xuất đại trà graphene dùng cho các công cụ điện tử có độ tinh khiết thật cao và quá trình sản xuất mang tính lặp lại (reproducibility) cho ra sản phẩm đồng nhất có nhiều hứa hẹn so với ống than nano. Vì vậy, người ta có thể dùng transitor graphene trong những công cụ không đòi hỏi trạng thái đóng (trạng thái 0) của transistor [17]. Đó là những transistor dùng cho các công cụ điện tử vô tuyến hoạt động ở tần số radio ở MHz (megahertz, 106 Hz) đến GHz (gigahertz, 109 Hz) [18]. Máy radio phát thanh là một trong những dụng cụ vô tuyến lâu đời nhất mà transistor là một linh kiện quan trọng trong mạch điện có nhiệm vụ khuếch đại âm thanh (amplifier). Cũng như transistor nhị nguyên cho máy tính, transistor tần số radio là nhân tố trung tâm điều hành các công cụ vô tuyến viễn thông. Những công cụ điện tử vận hành trong tần số radio có nhiều ứng dụng quốc phòng quan trọng từ các thập niên 80, 90 của thế kỷ trước và đến ngày hôm nay vẫn được giới công nghiệp quốc phòng ưu ái và đầu tư vào việc nghiên cứu chế tạo những công cụ mới có ứng dụng dân dụng lẫn quốc phòng.

Hiện nay, transistor tần số radio dùng các hợp chất bán dẫn truyền thống như GaAs, GaN, InP hay InGaAs. Độ di động của điện tử trong các hợp chất này cao hơn Si của nhưng vẫn còn thấp hơn graphene. Độ di động càng nhanh thì tần số hoạt động của transistor càng cao và nhờ thế graphene có thể đạt đến GHz. Tần số radio bình thường ở MHz và băng tần MHz đã dày đặc những ứng dụng truyền thông. Ngoài ra các đòi hỏi ứng dụng hiện đại như điện thoại di động hay những máy phát thu sóng tivi hay sóng âm thanh phát từ vệ tinh hay các dụng cụ nano điện tử (nano-electronics) cần đạt đến GHz cho sự chuyển tải nhanh chóng. Theo dự đoán của các chuyên gia thì graphene sẽ dần dần thay thế các chất bán dẫn truyền thống trong transistor tần số cao và xu hướng này sẽ thấy rõ vào năm 2021 [19]. Cuộc chạy đua vẫn tiếp diễn ngoạn mục và graphene vẫn là một tay đua tầm cỡ.

4. Cơ tính và gia cường

Trước khi bàn đến cơ tính và những ứng dụng gia cường của graphene chúng ta hãy mở ngoặc nói về độ cứng và và độ bền của vật liệu. Alan A. Griffith (1893-1963) một kỹ sư người Anh đã đưa ra một phép tính đơn giản để tính độ bền lý thuyết của chất rắn. Nhìn từ thang nguyên tử sự gãy nứt phát sinh từ việc cắt đứt của các liên kết hóa học bởi một tác lực. Từ nhận thức đơn giản này Griffith đã có một ý tưởng tuyệt vời là khi vật liệu gãy nứt thì sẽ phát sinh ra hai bề mặt mới nên độ bền có liên quan trực tiếp đến năng lượng bề mặt mà không cần biết vật liệu được làm bằng chất liệu gì, kết tinh hay vô định hình. Như vậy, năng lượng căng (strain energy) gây ra bởi lực kéo tác động trên vật liệu tương đương với năng lượng bề mặt để cho ra công thức:

σ = (EG/a)1/2 (1)

σ là độ bền hay là ứng suất tại điểm gãy nứt (stress at break), E là môđun Young, G là năng lượng bề mặt và a chiều dài của nối kết nguyên tử.

Chất rắn thường có năng lượng bề mặt khoảng 1 J/m2 và a ~ 0,2 nm (2 Angstrom). Dùng những con số này độ bền lý thuyết để làm gãy nứt vật liệu theo sự tính toán của Griffith nằm trong khoảng E/5 cho đến E/10 cho mọi chất rắn. Như vậy, độ cứng (môđun Young) hay độ bền lý thuyết đều quy về một mối; đó là độ bền của các liên kết nguyên tử. Griffith cho ra một công thức đơn giản nối kết những biến số vĩ mô (môđun Young, năng lượng bề mặt) với biến số vi mô (khoảng cách giữa hai nguyên tử) để thống nhất sức bền vật liệu. Trong thực tế đời thường như chúng ta biết chất rắn có độ bền khác nhau. Thậm chí, cùng một chất rắn độ bền (độ gãy nứt) cũng khác nhau nếu phương pháp sản xuất khác nhau và kích thước khác nhau.

Từ trực cảm của mình, Griffith làm một thí nghiệm đơn giản. Ông kéo sợi thủy tinh có đường kính khác nhau rồi đo độ bền của chúng. Những sợi thủy tinh có đường kính to (milimét) rất dễ gãy nứt. Khi đường kính sợi thủy tinh càng nhỏ tiến đến micromét (1/1.000 mm) thì độ bền tăng vọt và gần đạt đến độ bền lý thuyết. Griffith đưa ra kết luận là khi thủy tinh được kéo thành sợi càng nhỏ thì càng ít tì vết vì thế độ bền gia tăng [20]. Kết luận này đúng cho mọi chất rắn khác. Kết quả thí nghiệm của Griffith trở nên một dữ liệu cổ điển được đưa vào sách giáo khoa về cơ học gãy nứt và càng được thực chứng bởi các loại sợi hiện đại có đường kính ở kích cỡ nanomét.

Kinh nghiệm cắt kính thủy tinh hay gạch men cho ta thấy rất khó bẻ đôi tấm kính hay viên gạch men nếu ta không dùng con dao sắt tạo ra tì vết trên mặt kính hay gạch. Tì vết nhỏ và sắc thì dễ bẻ hơn tì vết to và cùn. Như thế độ bền (độ gãy nứt) trong thực tế không tùy vào độ bền lý thuyết của các nối nguyên tử được biểu hiện qua E (phương trình 1) mà tùy vào những tì vết của vật liệu. Tì vết có thể là một vết trầy xước vĩ mô trên bề mặt do sự va chạm bên ngoài hay những khuyết tật vi mô gây ra bởi quá trình sản xuất hay các khuyết tật "bẩm sinh" ở thang phân tử nằm trong các phản ứng hóa học khi hình thành vật liệu. Khi có một tác lực từ bên ngoài những tì vết này sẽ trở thành điểm nhấn chịu ứng suất rất to và từ đó tì vết nhỏ sẽ khuếch đại thành tì vết lớn đưa đến sự gãy nứt và sau đó sụp đổ toàn diện.

Trở lại chuyện graphene. Trên mặt phẳng graphene cứ hai nguyên tử carbon thì sở hữu một diện tích lục giác. Từ đó ta có thể tính được mật độ của mặt phẳng graphene (một lớp graphene) là 0,76 mg/m2 (Phụ lục 4). Như vậy, một tấm phim graphene có độ dày của một nguyên tử rộng 1 m2 chỉ nặng bằng một sợi tóc. Và 1 gram của phim này phủ một diện tích là 2 630 m2 tương đương với diện tích của 10 sân quần vợt, một con số cực kỳ lớn cho 1 gram vật liệu (Phụ lục 4). Độ bền hay là lực cần thiết để làm thủng tấm phim này là 42 N/m và độ cứng là 342 N/m [21]. Để có thể so sánh với các vật liệu thông thường 3 chiều, đơn vị N/m (Newton/mét) được chuyển thành N/m2 (= Pa = Pascal). Như vậy, độ bền của graphene 42 N/m trở thành 125 GPa và độ cứng 342 N/m trở thành 1020 GPa (Phụ lục 5). Để có thể dễ dàng hình dung được độ bền này hãy liên tưởng đến phim plastic trong suốt dùng trong nhà bếp để bao thức ăn. Phim này có độ dày khoảng 100 µm và nếu nó là graphene thì lực để làm thủng bằng một vật nhọn là 2 000 kg tương đương với 2 chiếc xe hơi. Người ta thường dùng thép như là một tiêu chuẩn so sánh. Bảng 1 cho thấy graphene có cơ tính tương tự như ống than nano nhưng độ bền lớn hơn thép 100 lần cho và độ cứng 5 lần.

Bảng 1: So sánh cơ tính giữa thép và các vật liệu carbon

Sự so sánh với thép đã trở thành một thông lệ trong các bài báo cáo từ nhiều năm nay mặc dù rất khập khiễng thậm chí sai lạc vì graphene cũng như ống than nano dùng trong sự đo đạc có một cấu trúc toàn bích không khuyết tật trong khi kết quả của thép được ghi lại từ những mẫu thép "đời thường" có tì vết ở mức vĩ mô và khuyết tật ở mức phân tử. Như đã đề cập bên trên, độ cứng (môđun Young) và độ bền liên hệ trực tiếp đến các liên kết nguyên tử của vật liệu và tì vết. Vì những mẫu đo đạc là những vật liệu toàn bích, độ bền và độ cứng của ống than nano, graphene và kim cương trong Bảng 1 mang những con số tương tự phản ánh độ bền của tập hợp liên kết cộng hóa trị carbon – carbon của những vật liệu này. Điều quan trọng ở đây cho thấy là graphene hay ống than nano phải được chế tạo với một cấu trúc không khuyết tật mới có thể đạt tới một cơ tính tối đa hữu ích trong việc gia cường cho các loại polymer.

Composite (vật liệu phức hợp) chế tạo từ chất nền polymer và các loại sợi gia cường (thủy tinh, Kevlar, carbon) đã mở màn một thế hệ vật liệu mới ở thập niên 60 của thế kỷ trước mà ảnh hưởng của nó vô cùng sâu rộng trong mọi lĩnh vực công nghiệp ngày nay. Các loại vật liệu nano như ống than nano và graphene đã được dùng như thành phần gia cường đã tạo một ngõ rẽ quan trọng trong địa hạt composite; đó là nano composite. Gia cường cần hai yếu tố chính để composite đạt được cơ tính tối đa. Yếu tố thứ nhất là vật gia cường cần phải được phân tán một cách hiệu quả. Trong trường hợp lý tưởng nhất, graphene phải được phân tán thành từng mảnh. Thí dụ, poly(methylmethacrylate) là một loại plastic trong suốt rất thông dụng nhưng dễ gãy nứt (Bảng 1). Nếu ta có thể phân tán 1% graphene trong polymer này độ cứng sẽ tăng 5 lần (từ 2, 5 đến 12,7 GPa) và độ bền đến 22 lần (0,06 đến 1,25 GPa) (Phụ lục 6) mà độ trong suốt vẫn không suy giảm. Trong thực tế, lực van der Waals khiến cho ống than tập trung lại giống như cụm tóc rối và các graphene cũng có khuynh hướng chồng chập trở lại trạng thái graphite. Cơ tính của trạng thái kết tập này không còn ưu việt như của từng ống nano hay từng mảnh graphene. Hiện nay, việc phân tán graphene (hay ống than nano) trong chất nền vẫn còn là một chướng ngại lớn để sản xuất một nano composite có cơ tính ưu việt. Yếu tố thứ hai là những nhóm chức (functional group) để tác dụng với chất nền polymer tạo các liên kết cộng hóa trị để móc graphene vào chất nền [22]. Chức hóa (functionalization) có thể giải quyết tương đối dễ dàng với các phương pháp hóa học nhưng các phản ứng chức hóa có thể gây khuyết tật trên mạng graphene làm giảm cơ tính của graphene.

Ngoài ra, sợi là một vật liệu không thể thiếu trong gia cường. Thiên nhiên đã biết kéo sợi kể từ khi có sự sống xuất hiện trên hành tinh này. Tằm cũng như nhện sản xuất ra tơ. Lụa tơ tằm từ xưa đã đem lại cho con người sự thoải mái cũng như phong cách quý phái. Tơ nhện không cho một cảm giác trang trọng như tơ tằm có lẽ vì sự gớm ghiếc của con nhện hay màng nhện ma quái thường được nhà làm phim phóng đại để làm lạnh xương gáy. Từ góc nhìn khoa học, tơ nhện có độ bền siêu việt và gần đây đã trở nên một đề tài nghiên cứu hấp dẫn. Chế tạo sợi có độ bền, dai siêu việt là một điều mong ước hay là nỗi ám ảnh của con người từ ngàn xưa. Từ thời nguyên thủy con người đã biết bện dây từ vỏ cây, kéo sợi kim loại từ thời đồ đồng, đồ sắt cho đến thủy tinh và các loại polymer của thời hiện đại. Ngày nay, sợi polymer Kevlar và các loại sợi khác như thủy tinh, carbon, polyethylene đánh dấu một cột mốc quan trọng trong sự phát triển tơ sợi công nghiệp tiên tiến. Sự bền chắc và nhẹ cân của các vật liệu hữu cơ trở thành một yếu tố quan trọng trong các ứng dụng cấu trúc mà kim loại đã từng làm vua một thời như trong thân máy bay, tàu bè. Một ứng dụng quan trọng khác của sợi là tạo ra áo giáp chống đạn và composite chống sức công phá của chất nổ.

Trong ứng dụng gia cường người ta dùng độ dai (toughness) như là tiêu chuẩn. Độ dai là năng lượng cần để làm gãy nứt hay phá hủy vật liệu, có thể xem như là tích số của độ bền (stress) và độ căng (strain). Như vậy, một vật liệu lý tưởng cho việc gia cường, chống va đập và công phá cần có độ bền cao và độ căng dài. Miếng bánh qui có độ bền nhỏ và độ căng thấp nên giòn dễ gãy. Thủy tinh có độ bền cao (~ 500 MPa) nhưng độ căng thấp (<0.1%), các loại plastic hay cao su có độ bền thấp (50 MPa) nhưng độ căng dài (20 - 800 %), giữa hai đối cực này là thép có độ bền cao (~ 1000 MPa) và độ căng dài (~ 40%). Thép là vật liệu thông dụng nhờ vào những đặc tính này nhưng quá nặng cho nhiều áp dụng nên Kevlar, một vật liệu polymer đặc biệt được ưa chuộng vì độ dai rất cao (Bảng 2). Áo giáp và nón cối hiện đại chống đạn và các vật liệu chống công phá phần lớn dùng sợi truyền thống như sợi Kevlar hay sợi carbon. Tuy nhiên, cùng là vật liệu hữu cơ nhưng độ dai của Kevlar (150 MJ/m3) vẫn chưa đạt đến độ dai của tơ nhện (214 MJ/m3) (Bảng 2). Qua 400 triệu năm tiến hóa, sợi thiên nhiên vẫn là niềm hãnh diện của tạo hóa mà sợi nhân tạo vẫn chưa có thể vượt qua về độ dai. Nhưng liệu sợi làm từ ống than nano và graphene có thể phá vỡ kỳ tích này?

Bảng 2: So sánh cơ tính các loại sợi

Hình 6: Sợi ống than nano bằng phương pháp trực tiếp kéo sợi từ "cánh đồng" ống nano [23].

Kéo sợi từ những ống nano hay hạt, mảnh li ti của graphene lập tức lọt vào tầm nhìn của các nhà nghiên cứu tơ sợi dù việc thực hiện còn rất khó khăn. Qua một sự kiện tình cờ, nhóm Baughman (Đại học Texas, Mỹ) đã kéo được sợi từ các ống than nano như các cây lúa mọc thẳng trên cánh đồng [23] (Hình 6). Trong phương pháp kéo sợi việc sắp thẳng hàng (alignment) các ống than hay mảnh graphene theo chiều kéo là điều kiện tiên quyết để có sự bền dai. Tiến sĩ Trần CD đã triển khai và hệ thống hóa phương pháp kéo bằng cách dùng lực căng để sắp các ống than đồng nhất theo hướng kéo và đồng thời loại trừ những vướng víu (entanglement) giữa các ống nano trước khi bện thành sợi [26]. Sợi của Trần CD và cộng sự có độ bền và độ dai tăng gấp đôi so với sợi bện từ những ống than nằm hỗn độn có nhiều vướng víu (Bảng 2).

Vì bản chất hai chiều việc kéo sợi graphene phải thực hiện từ dung dịch. Nhóm Xu (Đại học Triết giang, Trung Quốc) đã dùng những mảnh graphene to (kích cỡ µm) để giảm thiểu khuyết tật phần rìa mảnh và nối kết các mảng bằng ion có hoá trị hai (Ca2+, Cu2+) (Hình 7). Tóm lại, quá trình kéo sợi ống than nano hay graphene chẳng qua là việc tạo nên một trạng thái kết tập thẳng hàng để tận dụng cơ tính tuyệt vời của ống than hay mảnh graphene.

Hình 7:a,b,c,d

(a) Sự sắp xếp thẳng hàng của sợi ống than nano; 

(b) các mảnh graphene nhỏ; (c) các mảnh graphene to 

(d) quá trình kéo sợi graphene tự dung dịch [32]. 

Từ kinh nghiệm kéo sợi ống than nano và graphene, một nhóm nghiên cứu quốc tế từ Úc, Mỹ và Hàn Quốc đã nghĩ ra một cách tiếp cận mới là tạo ra một hỗn hợp ống than nano và graphene trong chất nền polymer (poly vinylalcohol) (PVA) rồi kéo thành sợi [30]. Kết quả vượt qua sự mong đợi của nhóm là độ dai của sợi composite là 2.000 MJ/cm3 lớn nhất từ trước đến nay (Bảng 2, vật liệu 7), to gần 10 lần tơ nhện (214 MJ/cm3) và 13 lần sợi Kevlar (150 MJ/cm3). Ngoài nguyên tắc chính trong việc kéo sợi là sự sắp thẳng hàng theo trục kéo những mảnh graphene hành xử như một tấm chắn ngăn chặn và làm cùn mũi nhọn vết nứt ngay từ thang phân tử (Hình 8). Phương pháp làm cùn vết nứt là một cơ chế gia tăng độ dai của vật liệu.

Hình 8:Vết nứt bị graphene làm cùn mũi ngăn chặn tiến trình vết nứt [30].

Tiếc rằng sợi làm từ graphene, ống than nano hay hỗn hợp giữa graphene và ống than nano trong dung dịch PVA chỉ có giá trị hàn lâm, chứng tỏ tiềm năng nhưng không có giá trị thực tế bởi PVA là một chất dính có thể hòa tan trong nước. Việc thay thế PVA bằng một polymer không hòa tan trong nước cho đến nay vẫn chưa được thực hiện thành công. Rõ ràng, Bảng 2 cho thấy các loại sợi truyền thống (Kevlar, carbon, thủy tinh) vẫn là sản phẩm được ưa chuộng trong việc gia cường nhờ vào giá cả hợp lý và sản xuất đại trà. Khác với công nghiệp điện tử, công nghiệp gia cường không đòi hỏi ống than nano hay graphene phải cực kỳ tinh chất, cấu trúc chính xác đến thang phân tử nên là một lĩnh vực được doanh nghiệp chú trọng. Ngày nay ống than nano dần dần chen chân vào thị trường gia cường với số lượng sản xuất gia tăng đến vài trăm tấn mỗi năm [33]. Graphene là người em đến muộn nhưng nó có nhiều điều kiện dễ dàng hơn ống than nano trong việc sản xuất. Người ta đang nhắm đến việc sản xuất những mảng graphene to 10 µm có độ cứng (mô đun Young) 250 GPa với giá $40/kg cho việc kéo sợi và gia cường [19]. Nếu đạt được yêu cầu này nano composite chứa graphene sẽ xuất hiện một ngày không xa.

5. Tụ điện

Tụ điện là một linh kiện điện học dùng để nạp điện, tích điện và phóng điện khi cần thiết. Do bản chất, kích cỡ của tụ điện thường rất cồng kềnh và nặng cân. Để chứa một năng lượng điện tương đương với cục pin AA (cỡ ngón tay út) tụ điện cần một không gian vài ngàn lần to hơn (Phụ lục 7). Cũng như transistor, tụ điện cần phải được thu nhỏ và gia tăng hiệu suất để đáp ứng với nhu cầu của các dụng cụ điện tử hiện đại. Ngoài ra, điều kiện hoạt động lý tưởng của tụ điện là nạp điện nhanh, tích điện to và phóng điện nhanh. Những đòi hỏi này đã đẩy mạnh sự ra đời của siêu tụ điện (super-capacitor). Tụ điện và pin cùng có chức năng chứa năng lượng. Nhưng pin phóng điện từ từ trong khi tụ điện cần phóng điện thật nhanh. Chiếc đèn chớp của máy ảnh kỹ thuật số là một ứng dụng của siêu tụ điện. Mỗi lần chớp sáng là do sự phóng điện thật nhanh từ siêu tụ điện. Sau đó siêu tụ điện nhanh chóng nạp điện từ nguồn điện của pin rồi sẵn sàng cho ánh chớp kế tiếp. Siêu tụ điện còn được cài đặt trong dụng cụ cầm tay như chiếc điện thoại thông minh cực kỳ hiện đại cho đến phương tiện to lớn như xe hơi chạy bằng điện. Những cú đạp tăng tốc xe hơi cần sự phóng điện thật nhanh nhả ra một lượng điện thật nhiều để đẩy mạnh xe đi tới. Siêu tụ điện quả là một linh kiện có thị trường rộng lớn và tiềm năng doanh thu dồi dào.

Cơ sở lý luận cho việc chế tạo siêu tụ điện tương đối đơn giản. Đặc tính của tụ điện được diễn tả bằng điện dung C và có công thức như sau,

C = εA/d (2)

trong đó ε là hằng số điện môi, A là diện tích của điện cực và d là khoảng cách giữa hai điện cực.

Vì vậy, để điện có thể "tụ" ở mật độ cao (điện dung C cao), ε phải lớn, A rộng và d nhỏ. Trong ba biến số này thì sự lựa chọn vật liệu có hằng số điện môi to ε có nhiều khó khăn, độ dày d chỉ có thể giảm đến một giới hạn nhất định. Chỉ có diện tích bề mặt A là một biến số có nhiều khả năng làm gia tăng. Như vậy điện cực cần một bề mặt rộng nhưng điều này tương phản với đòi hỏi thu nhỏ của tụ điện. Để giải quyết khó khăn này các điện cực kim loại của tụ điện được phủ lên lớp than xốp (porous) hoạt tính. Lớp than xốp sẽ gia tăng diện tích bề mặt từ 10.000 đến 100.000 lần nhiều hơn nhờ sự gia tăng của các lỗ vi mô. Hiện nay, siêu tụ điện có điện cực than xốp hoạt tính đang là một sản phẩm thông dụng trên thị trường.

Mạng graphene một lớp có diện tích bề mặt là 2.630 m2/g (tương đương 10 sân quần vợt). Diện tích bề mặt graphene lớn hơn than xốp hoạt tính 10 lần. Đây là một con số cực kỳ lớn và có lẽ là con số tối đa mà không có một vật liệu nào có thể vượt qua. Nhóm nghiên cứu tại đại học Texas (Mỹ) đã chế tạo siêu tụ điện graphene nhẹ cân kích cỡ nhỏ có dung lượng 135 Farah/g [34]. Nếu so với tụ điện cổ điển có dung lượng 1 Farah có chiều cao 20 cm và nặng 2 kg thì đây là một bước nhảy vọt. Tuy nhiên, vì là mẫu thí nghiệm đầu tiên dung lượng của siêu tụ điện graphene vẫn còn thấp so với con số lý thuyết là 550 Farah/g. Các doanh nghiệp dự đoán siêu tụ điện graphene sẽ xuất hiện trong vòng 5 đến 10 năm tới.

6. Bộ cảm ứng

Một tiềm năng ứng dụng khác của graphene là vật liệu cho bộ cảm ứng để "cảm" các loại hoá chất. Bộ cảm ứng có ứng dụng quan trọng cho việc phát hiện các hóa chất, khí độc, độc tố hay phân tử sinh học trong công nghệ, môi trường và quốc phòng. Ba năm sau khi xuất bản bài báo cáo Nobel, nhóm nghiên cứu Geim và Novoselov lại tung ra một bài báo cáo khác [35] công bố bộ cảm ứng graphene đầu tiên có thể cảm được một phân tử thể khí. Điều này tương tự như ta thả một hạt cát làm dao động mặt hồ! Như vậy, mặt hồ phải thật tĩnh lặng không bị nhiễu bởi những làn gió thổi thì mới nhận ra sự va chạm của hạt cát. Graphene là một vật liệu "tĩnh lặng" ít bị nhiễu điện học. Nhờ vậy tác động của phân tử khí trên mạng graphene sẽ gây sự dao động độ dẫn điện của mạng mà nhóm Geim và Novoselov đã có thể đo được.

Hình9: Bộ cảm ứng graphene

thực dụng [36].

Gần đây, nhiều bộ cảm ứng "thế hệ mới" được chế tạo từ polymer dẫn điện, ống than nano và dây nano (nanowire) có độ nhạy cảm đạt đến hàm lượng một phần tỷ (par per billion). Nhưng độ nhạy đạt đến một phân tử của bộ cảm ứng graphene là độ nhạy của sự tột cùng. Nguyên nhân thứ nhất cho độ nhạy tột cùng này là hình dạng 2 chiều của graphene. Thứ hai, graphene có độ dẫn điện tốt tương đương với kim loại. Thứ ba, graphene rất ít khuyết tật nếu được tổng hợp đúng phương pháp. Nhưng ở thời điểm hiện tại bộ cảm ứng graphene của nhóm Geim và Novoselov chưa là một công cụ thực tế bởi vì nó thiếu tính lựa chọn, có thể "cảm" cùng lúc với nhiều khí khác nhau. Bộ cảm ứng cho thực dụng phải được thiết kế để cảm nhận một chất mà thôi. Ngoài ra, bộ cảm ứng của nhóm Geim và Novoselov dùng graphene từ lớp bong của phương pháp "dán bóc" rất ít khuyết tật nhưng không thuận lợi cho việc sản xuất đại trà. Dù sao độ nhạy tột cùng của graphene mang đến nhiều hứng khởi cho các nhà hóa học vì họ có thể tổng hợp các nhóm chức (functional group) gắn vào mạng graphene và nhóm này chỉ tác dụng với phân tử khí hay phân tử sinh học đặc thù nào đó.

Việc thực dụng hóa bộ cảm ứng đang được nhiều nhóm nghiên cứu triển khai với graphene tổng hợp bằng phương pháp hóa học. Thí dụ, một phát minh về bộ cảm ứng graphene do sự hợp tác giữa Rensselaer Polytechnic Institute và Viện Hàn lâm Khoa Học Trung Quốc có thể áp dụng trong một tương lai gần nhờ vào sự đơn giản và ít tốn kém trong sản xuất. Bằng một phương pháp độc đáo họ phủ graphene lên chất nền xốp (porous) nickel, sau đó loại bỏ nickel để chừa lại vật liệu graphene với những lỗ nhỏ li ti 100 micro mét (0,1 mm) (Hình 9). Thể xốp graphene này có thể phát hiện khí ammonia (NH2) và nitrogen dioxide (NO2) ở độ nhạy 20 ppm. Mặc dù không có độ nhạy tột cùng như bộ cảm ứng của nhóm Geim và Novoselov bộ cảm ứng graphene vẫn hơn các thương phẩm vài mươi lần [36]. Bộ cảm ứng này có thể áp dụng để tìm mìn trong lòng đất và đo cường độ ô nhiễm môi trường.

7. Các ứng dụng khác

Sự cảm ứng không dừng ở các phân tử khí hay sinh học, graphene còn tương tác với sóng điện từ. Nguyên tố silicon và các nguyên tố bán dẫn khác cũng tương tác với sóng điện từ nhưng phần lớn trong vùng hồng ngoại. Cũng như polymer dẫn điện và ống than nano, graphene cảm ứng với sóng điện từ trải dài từ vi ba, sóng tetrahertz, tia hồng ngoại, ánh sáng khả thị và tia tử ngoại. Đây là một băng tần rất rộng có bước sóng kéo dài từ centimét (vi ba) đến vài trăm nanomét (tia tử ngoại). Vì lợi thế 2 chiều, graphene vượt hẳn polymer dẫn điện và ống than nano về cường độ tương tác với sóng điện từ. Cơ cấu tác động của các photon (quang tử) lên các chất bán dẫn vô cơ đã được hiểu rất rõ từ những nghiên cứu hơn nửa thế kỷ qua nhưng kho tri thức này không thể vận dụng một cách máy móc vào chất hữu cơ như polymer dẫn điện, ống than nano và đặc biệt là graphene. Vì vậy cho đến nay vẫn chưa có cơ cấu nào giải thích tại sao photon có thế tác động các vật liệu hữu cơ dẫn điện trên một băng tần rộng có bước sóng khác nhau hằng trăm ngàn lần (từ centimét đến vài trăm nanomét) [37]. Dù có sự thiếu vắng một lý thuyết dẫn đường, các nhà vật lý và kỹ sư điện tử vẫn tích cực tìm kiếm những ứng dụng hữu ích của graphene trong quang điện tử học [38].

Một đặc tính khác của graphene là có cường độ tác động rất cao với sóng terahertz. Sóng terahertz là một vùng sóng hẹp khiêm tốn nằm giữa vi ba và hồng ngoại. Vi ba (radar) và hồng ngoại (nhiệt) đã được nghiên cứu nhiều trong việc thu phát, cảm nhận, hấp thụ sóng nhưng terahertz hầu như bị quên lãng cho đến khi có nhu cầu phòng ngừa khủng bố tại phi trường. Sóng terahertz có thể nhìn xuyên thấu qua vải vóc, plastic nhưng bị hấp thụ bởi kim loại và hợp chất vô cơ nên là một loại sóng dùng để phát hiện vũ khí, chất nổ dấu trong người hay hành lý. Sự tương tác giữa graphene và sóng terahertz cho thấy tiềm năng dùng graphene trong các bộ cảm ứng terahertz chống khủng bố trong tương lai.

Như đã đề cập, graphene không vùng cấm là một thất vọng cho việc thay thế silicon trong transistor nhưng đây lại là một niềm hy vọng lớn trong việc chế tạo pin mặt trời. Silicon hiện là một vật liệu thông dụng làm pin mặt trời. Hiệu suất chuyển hoán từ năng lượng mặt trời thành điện năng của pin mặt trời silicon không hơn 15 % vì silicon có vùng cấm chỉ bao phủ một phần của quang phổ mặt trời. Để tạo pin có năng suất chuyển hoán cao ta phải dùng một loạt chất bán dẫn có vùng cấm khác nhau để hấp thụ năng lượng photon của toàn thể quang phổ, nghĩa là từ tia hồng ngoại đến tia tử ngoại. Việc này khả thi nhưng giá cả của thành phẩm sẽ cao ngất ngưởng. Vì không có vùng cấm, graphene có thể thoải mái hấp thụ năng lượng photo ở mọi tần số trong quang phổ mặt trời. Hy vọng rằng pin mặt trời graphene sẽ chiếu sáng tương lai.

8. Tổng hợp

Sự thành công hay thất bại trong ứng dụng của một vật liệu tùy vào khả năng tổng hợp để sản xuất số lượng lớn ở mức công nhiệp, phẩm chất đồng nhất và giá cả hợp lý. So với ống than nano, việc sản xuất graphene nhiều thuận lợi vì ít yếu tố hạn chế hơn. Sự thuận lợi thấy rõ trong việc tạo một vài lớp graphene bằng phương pháp "dán bóc" với băng keo đơn giản đến kinh ngạc. Nếu phương pháp thủ công "dán bóc" được lặp đi lặp lại nhiều lần thì cũng tạo được vài mảnh li ti graphene một lớp trong một vài giờ. Nhưng việc sản xuất đại trà của graphene không thể nào theo thủ thuật "dán bóc" của Geim và Novoselov mặc dù đây là phương pháp đơn giản nhất tạo graphene một lớp có cấu trúc toàn bích.

Cũng như ống than nano, chất lượng graphene tùy vào phương pháp tổng hợp. Vật liệu dùng trong công nghiệp điện tử phải thỏa mãn yêu cầu về độ tinh khiết và yêu cầu có cấu trúc không khuyết tật. Tinh thể silicon dùng để chế tạo transistor có độ tinh khiết là 99,999999999% (11 số 9). Sự thành công của silicon trong lĩnh vực điện tử nhờ vào hai yếu tố trên. Graphene áp dụng trong các công cụ điện tử cũng đòi hỏi hai yêu cầu này. Ngoài ra, số lớp trong graphene phải được kiểm soát chặt chẽ theo yêu cầu của mỗi ứng dụng và diện tích của các mảnh graphene càng rộng càng tốt vì rìa mảnh graphene từ bản chất là khuyết tật. Diện tích to nhất hiện nay là µm và đang tiến tới 10 µm. Vì vậy, chế ngự phẩm chất ở đến mức phân tử trong quá trình sản xuất là một việc phức tạp cần nhiều đầu tư và thời gian. Tuy nhiên, trong các ứng dụng như gia cường, bộ cảm ứng, tụ điện hay các ứng dụng sinh y nhu cầu chất lượng ít khe khắt nên việc tổng hợp graphene sẽ thoải mái hơn.

Năm 2008 những mảnh graphene li ti vài micromét vuông nhỏ hơn tiết diện sợi tóc được hãng Graphene Industries (Anh Quốc) làm theo thủ thuật "bóc dán" (bóc tách cơ học) cho các ứng dụng điện tử bán với giá trung bình 1.000 đô la (khoảng 100 triệu đô la cho 1 mm2); trở thành một trong những vật liệu đắt giá nhất hành tinh. Haydale là một hãng nhỏ (start-up company) chuyên tổng hợp graphene phẩm chất cao cho ngành điện tử thay cho phương pháp "bóc dán" thủ công [39]. Haydale nghiền than chì cho ra những mảnh nhỏ kích cỡ micromét và độ dày vài mươi nanomét thành những mảnh graphene khoảng 100 lớp. Haydale có thể tách mỏng hơn cho đến một vài lớp graphene cho từng mảnh bằng plasma. Phương pháp sản xuất "khô" plasma của Haydale cho nhiều ưu điểm vì graphene không bị acid gây khuyết tật như các phương pháp "ướt" hóa học. Một ưu điểm khác là graphene chế tạo bằng phương pháp Haydale có thể dễ dàng gắn các nhóm chức (functional group) thích hợp cho từng ứng dụng. Thí dụ, nhóm chức giúp graphene phân tán (disperse) hay nối kết với chất nền polymer tạo ra nano composite gia cường hay các dung dịch huyền phù cho mực in dùng để in các mạch điện vi mô. Mảnh graphene của Haydale có thể dùng trong pin mặt trời hay trong điện cực của pin lithium nhằm gia tăng tuổi thọ của pin.

Một phương pháp khác là "ngưng đọng hơi hoá học" (chemical vapour deposition, CVD) dùng lò cao nhiệt giống như phương pháp tổng hợp ống than nano. Đồng được dùng như chất nền (substrate) đun nóng lên ở nhiệt độ 800 – 1.000 °C và nguồn carbon được thổi qua chất nền, cấu tạo graphene sẽ được thành hình trên mặt đồng. Có nhiều nguồn cung cấp carbon nhưng đơn giản nhất là khí methane. Thậm chí có một nhà nghiên cứu đã dùng chân con gián làm nguồn cung cấp nguyên tố carbon và tổng hợp thành công graphene. Sự kiện ngộ nghĩnh này cũng giống như vài năm trước báo chí Việt Nam loan tin việc chế tạo ống than nano từ bã mía bã dừa. Điều này giải thích nguyên tắc chế tạo ống than hay graphene nhưng không phải là phương pháp tạo nên sản phẩm có chất lượng vì "rác bỏ đầu vào thì rác sẽ thải đầu ra". Đại học Sungkyunkwan (Hàn Quốc) dùng những thiết bị "ngưng đọng hơi hoá học" cao cấp để chế tạo những mảng phim graphene chất lượng cao trong suốt có chiều rộng 76 cm trên chất nền đồng. Sau đó đồng được khử đi để lộ ra mảng graphene tự do. Hãng điện tử Samsung đang thiết lập hệ thống dây chuyền để sản xuất phim graphene dùng trong các dụng cụ điện tử, quang điện tử hay phủ lên thủy tinh, tinh thể thạch anh (quartz) tạo nên lớp phủ dẫn điện cho màn hình cảm ứng (touch screen) [40].

Phương pháp tạo mạng graphene (epitaxial growth) trên chất nền silicon carbide (SiC) có lẽ là một phương pháp nhiều hứa hẹn để chế tạo dụng cụ điện tử và transistor. SiC cũng là vật liệu thông dụng trong công nghiệp điện tử. Nhất cử lưỡng tiện, SiC vừa là nguyên liệu tạo graphene vừa là chất nền cho vi mạch. Trong một lò cao nhiệt (1.000 °C), nguyên tố Si bị bốc hơi để lại phía sau mạng graphene chất lượng cao có cấu trúc với kích cỡ vài trăm micromét không khuyết tật. Nếu độ lớn của transistor là vài mươi nanomét ta có thể tạo ra một vi mạch chứa vài chục ngàn transistor graphene ngay trên chất nền SiC. Nhược điểm của phương pháp này là giá cả của SiC quá cao và lát (wafer) SiC quá nhỏ nên chỉ có thể áp dụng vào công nghệ cao như chế tạo transistor hoạt động ở băng tần GHz, THz như đề cập ở phần trên.

Phương pháp của tiến sĩ Dan Li [41] (Đại học Wollongong, Úc) được xem như một phương pháp "ướt" hóa học tiện lợi vì trong hóa trình tổng hợp graphene nước là dung môi chính. Thay vì dùng động tác cơ học "bóc dán", than chì được tách ra bằng cách oxít hóa than chì biến graphene thành graphene oxide. Nguyên tử oxygen như một vật chêm chen vào khoảng giữa hai lớp graphene và khi khoảng cách lớp được nới rộng thì lực hút giữa hai lớp sẽ bị giảm đi nhanh chóng. Những động tác cơ học như siêu âm sẽ dễ dàng tách than chì thành mảnh graphene oxide dưới dạng huyền phù (suspension solution). Graphene oxide sẽ được khử để đưa trở lại dạng graphene. Phương pháp này có tiềm năng sản xuất đại trà do việc sử dụng nước trong quá trình sản xuất. Tuy nhiên, oxít hoá có thể hủy hoại mạng graphene hay gây khuyết tật. Dù rằng graphene có khuyết tật không thể đáp ứng những yêu cầu gần như tuyệt đối trong các ứng dụng điện tử nhưng chúng có thể dùng trong việc gia cường bộ cảm ứng, tụ điện hay điện cực pin. Hình 10 tổng kết các phương pháp tổng hợp graphene với chất lượng, giá cả và những ứng dụng.

Hình 10: Các phương pháp chế tạo graphene và giá cả. (1) Ngưng đọng hoá học (CVD): chất lượng cao, giá trung bình, ứng dụng: lớp phủ, dụng cụ sinh học, lớp phủ dẫn điện trong suốt, dụng cụ điện tử, dụng cụ quang tử học.(2) Tách lớp cơ học: chất lượng cao, giá cao, ứng dụng: nghiên cứu, tạo mẫu.(3) Epetaxi graphene từ SiC: chất lượng cao, giá cao, ứng dụng: dụng cụ điện tử, transistor tần số cao. (4) Lắp ráp phân tử: chất lượng cao, giá cao, ứng dụng: dụng cụ điện tử nano. (5) Tách lớp hóa học: chất lượng thấp, giá thấp, ứng dụng: lớp phủ, composite, mực in, tích trữ năng lượng, dụng cụ sinh học, lớp phủ dẫn điện) [19].

9. Thương mại hóa

Graphene được xem như là vật liệu nhiều hứa hẹn của tương lai. Sau giải Nobel (2010) số bài báo cáo đã tăng vọt qua ngưỡng mười ngàn bài mỗi năm và số đăng ký phát minh cũng tăng theo hàm luỹ thừa. Danh sách ứng dụng của graphene rất dài [43] bao gồm mọi ngành khoa học từ sinh y học đến điện tử học với những áp dụng mang tính đột phá trong dân dụng cũng như quốc phòng. Những ứng dụng chính đã được đề cập bên trên nhưng các ứng dụng khác liên quan đến sinh y, năng lượng mặt trời, khử độc tố trong nước, tàng trữ hydrogen, sự tương tác với ánh sáng và sóng điện từ không được đề cập chi tiết vì vượt quá khuôn khổ bài viết.

Thương mại hóa những thành quả nghiên cứu cơ bản là một trong những mục tiêu quan trọng của khoa học công nghệ. Nhưng sự chuyển biến từ thành quả hàn lâm đến công nghệ thực dụng không phải là con đường thẳng đầy hoa thơm cỏ lạ. Một phát hiện mới mang tính cách mạng xảy ra ở các đại học hay cơ sở nghiên cứu thường có một phong trào theo đuôi rầm rộ nhằm xin kinh phí cho các công trình nghiên cứu nối liền với nhiều hứa hẹn ứng dụng đổi đời. Các ứng dụng đề cập trong bài viết này chỉ là mẫu chế tạo trong phòng thí nghiệm, nên được xem như một "chứng cứ của tiềm năng" (proof of concept) hơn là thương phẩm. Thực tế cho thấy quá trình chuyển biến từ phòng thí nghiệm đến thương trường không những cần thời gian, tiền bạc, sự kiên nhẫn và thông minh mà cần hội đủ yếu tố "thiên thời, địa lợi, nhân hòa". Trong khi giới hàn lâm chú trọng đến số lượng bài báo cáo được đăng tải trên các tạp chí chuyên ngành, đến chất lượng tạp chí, lá cải hay quyền uy; thì mối quan tâm chính phủ và giới doanh thương là việc thương mại hóa các thành quả khoa học và làm ra tiền. Thường sau một thập niên khi sự háo hức ban đầu bắt đầu lắng đọng thì mọi người sẽ lùi một bước để thẩm định lại sự phát hiện bằng cái nhìn lạnh lùng của doanh nghiệp. Tóm lại, sự chuyển biến từ khoa học sang công nghệ chỉ thành công khi ba yếu tố kỹ thuật, kinh tế và mãi lực đồng thời được thỏa mãn.

Trong hai thập niên qua những hợp chất mới thuần carbon như quả bóng C60, ống than nano và graphene lần lượt được phát hiện. Cứ mỗi lần phát hiện cộng đồng nghiên cứu khoa học hồ hởi đặt niềm tin vào những vật liệu này với mong ước gần xa rằng chúng sẽ cho những ứng dụng đột phá. Sự ra đời của quả bóng fullerene đã kích động không ít vào cộng đồng khoa học vì cái đẹp của cấu trúc hình học và tiềm năng ứng dụng của nó. Tuy nhiên, fullerene chỉ trở thành một vật liệu cho các công trình nghiên cứu cơ bản mà có lần tạp chí The Economist chua chát viết, "fullerene chỉ sản xuất những bài báo cáo hàn lâm". Mặc dù ngày nay fullerene đang có một chỗ đứng đặc biệt là được dùng trong pin mặt trời hữu cơ, nhưng tác động của nó vào công nghiệp vẫn chưa mang tới một dấu ấn rõ rệt.

Việc phát hiện ống than nano làm bùng lên ngọn lửa nghiên cứu về vật liệu carbon sau những thất vọng về fullerene. Nhưng sau hơn 20 năm nghiên cứu với hàng chục tỷ đô la kinh phí và công sức của nhiều bộ óc tinh anh, ống than nano vẫn còn lấp ló ở ngưỡng cửa ứng dụng công nghệ. Ống than nano không đạt được yêu cầu đồng nhất của cấu trúc cần thiết cho các ứng dụng trong lĩnh vực điện tử. Thêm vào đó sự an toàn của ống than nano đã trở thành một đề tài tranh cãi và quan tâm từ nhiều năm nay. Gần đây (2012) những cơ quan về an toàn chức nghiệp như NIOSH (National Institute for Occupation Health and Safety) của Mỹ hay Safe Work Australia của Úc đã phát hành những tài liệu liệt kê ống than nano là một vật liệu gây tác hại (hazardous) có hiệu ứng làm viêm tế bào dẫn đến ung thư như miăng (asbestos). Những tài liệu cảnh báo này đã làm chùn bước tiến trình công nghiệp hoá và đã có vài công ty nổi tiếng tuyên bố từ bỏ việc thương mại hoá ống than nano.

Người ta thường bảo "nhất hóa tam", sau fullerene và ống than nano graphene là vật liệu thứ 3; có khả năng nào "lần thứ ba thì gặp may"? Từ bài báo cáo năm 2004 đăng trên tạp chí quyền uy Science [3] đến giải Nobel Vật lý 2010 chỉ vỏn vẹn 6 năm, graphene được xem như một thành công chớp nhoáng. Theo đó, nghiên cứu graphene bùng nổ trong khuôn viên đại học Manchester nơi Geim và Novoselov làm việc, lan cả nước Anh và thế giới. Liệu graphene có thể tạo ra một đột phá trong các ứng dụng để làm giàu nền kinh tế, đem về lợi nhuận cho việc đầu tư của chính phủ vào các nghiên cứu hàn lâm? Cho đến nay cộng đồng nghiên cứu đã nhận được những tín hiệu tích cực. Về mặt tổng hợp, như đề cập bên trên đã có những phương pháp sản xuất đại trà dùng lò cao nhiệt hay tách lớp bằng phản ứng hóa học. Về mặt an toàn cho sức khoẻ dù graphene không bị liệt kê vào diện "vật liệu tác hại" (hazardous material) như ống than nano nhưng các thí nghiệm về tác dụng và độc tính của graphene trên mô sinh học đang được tiến hành nghiêm túc [42]. Về mặt đầu tư và kinh phí, gần như tức thời sau giải Nobel, chính phủ Anh đồng ý cấp 60 triệu đô la thành lập Viện Nghiên cứu Quốc gia Graphene (National Graphene Institute) tại đại học Manchester. Viện sẽ được khai trương vào năm 2015 và sẽ là trung tâm nghiên cứu ứng dụng biến các thành quả hàn lâm thành ứng dụng nhất là công nghiệp điện tử. Hội đồng khoa học châu Âu (European Commission) cũng đã chọn graphene là một đề tài nghiên cứu cho thập niên tới với kinh phí là 1 tỷ Euro. Những công ty tham gia vào đề án graphene này là các doanh nghiệp quốc tế nổi tiếng liên quan đến hàng không, điện tử và quốc phòng như Airbus, Alcatel Lucent, Nokia, Oxford Instruments và Thales. Nghiên cứu sẽ tập trung vào việc triển khai bộ cảm ứng, nano composite, công cụ điện tử tần số cao, công cụ điện tử mềm (flexible electronics) và liên quan đến năng lượng như việc tồn trữ hydrogen, pin mặt trời và pin điện hóa. Chính phủ Hàn quốc cũng nhanh tay đầu tư 20 triệu đô la vào việc nghiên cứu graphene cho các loại màn hình và dụng cụ điện tử. Nhiều đại học tại Hàn Quốc với sự tham gia của tập đoàn Samsung đã tuyên bố khả năng chế tạo đại trà những mảng graphene chất lượng cao cho lĩnh vực điện tử.

Ba vấn đề lớn cần được giải quyết để thương mại hóa graphene là: (1) triển khai khả năng tổng hợp những mảng tinh thể to chất lượng cao; (2) chức hóa (functionalization) gắn những nhóm chức thích hợp cho từng ứng dụng và (3) tìm kiếm những ứng dụng đặc biệt cho graphene. Hạng mục (1) đã được chính phủ và doanh nghiệp đầu tư mạnh mẽ và đang có những thành quả nhất định. Hạng mục (2) tùy vào tài năng của các nhà hóa tổng hợp và các nhà vật lý. Chức hóa là yếu tố quan trọng cho gia cường, bộ cảm ứng, pin mặt trời, tích trữ năng lượng và nhất là việc mở ra một vùng cấm cho nhũng ứng dụng điện tử. Hạng mục (3) tùy vào tầm nhìn và chiến lược của chính phủ và doanh nghiệp.

Có thể nói rằng trong tất cả mọi ứng dụng, công nghiệp điện tử là một lĩnh vực to lớn và mang đến nhiều doanh thu. Nó sẽ quyết định sự thành công của việc thực dụng hoá graphene. Những phát hiện liên tục của vật liệu hữu cơ dẫn điện và bán dẫn khởi đầu từ polymer dẫn điện vào thập niên 70 của thế kỷ trước, quả bóng fullenre vào thập niên 80, đến ống than nano và graphene ngày hôm nay đã hoàn thành cuộc cách mạng vật liệu làm thay đổi cuộc chơi (game changing) trong nhiều ứng dụng. Một trong những hệ quả của cuộc thay đổi lớn lao này là sự xuất hiện của các loại dụng cụ điện tử mềm (flexible electronics) như pin mặt trời hữu cơ, đèn LED hữu cơ, màn hình cảm ứng. Chúng sẽ nhẹ nhàng đi vào cuộc sống đời thường trong vài thập niên tới. Những ứng dụng quan trọng khác như tàng trữ năng lượng (tụ điện, pin), sản xuất năng lượng (pin mặt trời) và gia cường cho thấy các tiềm năng quan trọng của graphene. Trong một tương lai không xa những "chứng cứ tiềm năng" thú vị và nhiều hứa hẹn trong phòng thí nghiệm sẽ được doanh nghiệp đem lên bàn mổ soi xét.

10. Tương lai

Từ ngàn xưa con người đã âm thầm ngưỡng mộ sự trật tự trong cấu trúc lục giác bằng sáp từ sự lao động miệt mài của những con ong thợ bé tí. Mãi đến thời cận đại con người mới biết rằng trong các cấu trúc hình học cấu trúc lục giác cho một sức bền tối đa nhưng được tạo với lượng nguyên liệu tối thiếu. Con người nhanh chóng áp dụng vào lĩnh vực xây dựng tạo những kiến trúc vòm lục giác chắc bền đẹp mắt đến việc chế tạo cánh phi cơ bên trong chứa một cấu trúc hình lục giác. Nếu người xưa đã từng ngưỡng mộ hình dạng của tổ ong thì ngày nay mạng lục giác của graphene là một mô hình mà các nhà khoa học muốn mô phỏng bằng cách dùng phân tử, nguyên tử hay hợp chất để tạo dựng các mạng lục giác có độ lớn từ vài nanomét đến milimét nhằm tận dụng và lặp lại các đặc trưng của graphene như việc không sở hữu vùng cấm, electron hành xử như hạt không trọng khối, sự di chuyển "đạn đạo" với tốc độ của 1/300 vận tốc ánh sáng và những hiệu ứng đặc thù tìm thấy trong lý tính, nhiệt tính, điện tính và quang điện tính của graphene [44]. Geim và Novoselov đã không cường điệu khi tiên đoán rằng cấu trúc lục giác hai chiều sẽ là "mỏ vàng" bất tận của các đề tài nghiên cứu hấp dẫn để cho các nhà nghiên cứu vật lý chất cô đặc và khoa học vật liệu tha hồ đào bới trong vài thập niên tới.

Hình 10: Cấu trúc dị thể van der Waals được tạo ra bằng cách chồng những vật liệu khác nhau (graphene, hBN, MoS2, WSe2, fluorographene) giống như lắp ráp các mảnh Lego nhiều màu lại với nhau [45].

Graphene không là chất duy nhất có cấu trúc hai chiều. Những hợp chất vô cơ như boron nitride (BN), tungsten disulphite (WS2) và molydenum disulphite (MoS2) có một quá khứ khiêm tốn được dùng làm chất nhờn, hay các loại oxide như TiO2, MnO2 , V2O5 và nhiều hợp chất khác giờ đây cũng đã thăng hoa như graphene vì là những tinh thể hai chiều. Hàng chục ngàn bài báo cáo về graphene đã được xuất bản trong vài năm qua cho thấy nghiên cứu về graphene với cấu trúc giản đơn lục giác 2 chiều đã gần đạt tới đỉnh điểm và cái mới lạ cũng dần dà phôi pha. Hiện nay, những thủ thuật nano tách than chì ra từng lớp mỏng tạo graphene một lớp, hai lớp, ba lớp v.v... đã không còn quá khó khăn. Tuy nhiên, graphene sẽ là cột mốc cơ bản làm bệ phóng cho các chế biến ứng dụng, cho nghiên cứu của các vật liệu 2 chiều khác hay thiết kế một tập hợp các mặt phẳng nguyên tử với cấu trúc phức tạp hơn. Andre Geim tiếp tục cuộc hành trình tưởng tượng của mình đi tìm kiếm "vùng đất hứa mộng mơ" [45]. Chẳng hạn, như sắp đặt từng mạng graphene theo một trật tự nhất định để tạo một loại graphene có vùng cấm để có chức năng mở/đóng nhưng vẫn duy trì độ di động tuyệt vời nhằm thay thế silicon trong transistor tương lai. Hay là sắp mạng graphene chồng lên với các mặt phẳng nguyên tử khác như mạng MoS2 hay mạng BN, mà Geim và Grigorieva [45] ví von như một trò chơi "Lego nguyên tử". Chiếc "bánh kẹp" nhiều tầng chứa các bề mặt nguyên tử khác nhau giống như tập hợp những tấm Lego được nối kết bằng lực liên mạng van der Waals có tên gọi là "cấu trúc dị thể van der Waals" (van der Waals heterostructures) (Hình 11).

Ý tưởng "cấu trúc dị thể" của Geim và Grigorieva là một thể loại composite ở thang phân tử, mặc dù thao tác nano bằng tay của các nhà vật lý không phải là phương pháp thích hợp để chồng chập các mạng lưới có độ dày một nguyên tử. Ở điểm này phương pháp tổng hợp khéo léo của các nhà hóa học sẽ được tận dụng để thay thế thao tác nano tạo ra những cấu trúc dị thể bằng những phản ứng hóa học hay thiết lập một môi trường tạo điều kiện cho các bề mặt nguyên tử khác nhau tự lắp ráp (self assemble). Đây cũng không phải là điều mới lạ vì các nhà hóa học từ hơn nửa thế kỷ qua đã tổng hợp các loại co-polymer hay block polymer từ những monomer khác nhau. Polymer là vật liệu 1 chiều. Liệu phương pháp tổng hợp một chiều có thể triển khai thành 2 chiều? Nếu việc này khả thi thì chúng ta sẽ có vô số lựa chọn cho "cấu trúc dị thể" với đặc tính chưa từng có để làm nên những dụng cụ độc đáo mà ngày nay chỉ thấy trong thế giới khoa học viễn tưởng.

11. Lời kết

Graphene xuất hiện từ những thủ thuật thí nghiệm bình thường trên một vật liệu bình thường nhưng trí thông minh, sự tưởng tượng và lòng quyết tâm của nhóm Geim và Novoselov đã khai sinh một cuộc cách mạng khoa học. Nhìn lại, graphene quả thật kỳ dị không giống ai. Cấu trúc thì cực kỳ đơn giản nhưng nó hành xử như kim loại có độ dẫn điện và dẫn nhiệt tốt hơn cả kim loại; mặt khác nó giống như chất bán dẫn mang những đặc tính để chế tạo transistor nhưng lại không có vùng cấm. Bề mặt của graphene là một vũ trụ thu nhỏ 2 chiều trong đó electron hành xử như hạt ánh sáng không khối lượng vụt đến vụt đi như "đạn đạo" ở chốn không người với vận tốc 1.000 km/s. Tiếp nối graphene, những vật liệu 2 chiều khác đang lần lượt xuất hiện. Vô số các "cấu trúc dị thể" được tạo nên từ sự chồng chập các bề mặt nguyên tử khác nhau sẽ làm nên nền tảng cho bộ môn khoa học mới của vật liệu và tinh thể 2 chiều.

Tạo hóa đã cho con người nhiều điều kỳ diệu. Thế giới 2 chiều là một điều kỳ diệu khác. Bài viết nói về graphene nhưng thực chất là về bề mặt – một thế giới 2 chiều – đúng như định nghĩa của nó. Chức năng thiên biến vạn hóa của các bề mặt vĩ mô đã làm cho các nhà khoa học ngỡ ngàng gần hai thế kỷ qua và đem đến cho loài người những tiện ích đời thường. Tính chất "yêu ma" của nó đã khiến Wolfgang Pauli phải một lần thốt lên, "God made solids, but surfaces were made by devils" (Thượng đế làm ra khối rắn, nhưng bề mặt được tạo bởi yêu ma). Cũng bề mặt "hồ ly" đó nhưng giờ đây được đem vào thế giới vi mô đến độ nhỏ tận cùng của vật chất thì nó trở nên vô cùng kỳ bí. Cuộc săn lùng "mỏ vàng" nguyên sinh của vật liệu 2 chiều đang trong cao trào rất sôi nổi dù đây chỉ mới là giai đoạn mở đầu.

Trương Văn Tân
Xuân Melbourne, Trung thu Việt
(September 2013, sau 15 tháng)

Phụ lục

1. Sự di động của electron

Sự di động của electron, chẳng hạn trên mặt chất bán dẫn, tuân theo định luật di chuyển Newton qua công thức
E= ½ mv2 = p2/2m (P1.1)
E là động năng, m là khối lượng của electron, v là vận tốc và p là động lượng.
Nhưng thực nghiệm cho thấy động năng E của electron trên bề mặt graphene tỉ lệ với động lượng p [13-14].
E = vp (P1.2)
Như vậy giữa động năng và động lượng có liên hệ tuyến tính giống như một kết luận trong thuyết tương đối của Einstein cho hạt không khối lượng (như photon) di động ở vận tốc ánh sáng. Phương trình P1.2 đưa đến kết luận là electron hành xử giống như hạt không khối lượng trên bề mặt graphene.

2. Độ di động

Khi điện trường được áp đặt lên một vật liệu kim loại hay chất bán dẫn thì hạt tích điện (electron hay lỗ tích điện dương) di chuyển bởi sự lôi kéo của điện trường. Độ di động, µ, định lượng sự nhanh chậm của hạt khi di động. Vận tốc di động, v, gây ra bởi điện trường của hạt tích điện được định nghĩa bằng công thức,

v= µE (P2.1)

Độ di động là một lượng cần thiết quyết định hiệu năng của transistor vì công cụ này được thao tác dưới ảnh hưởng của điện trường.

Sự thành hình của dải năng lượng và vùng cấm

Ở thể rắn, các vân đạo nguyên tử liên kết, chồng chập lên nhau ở mọi phương hướng để tạo nên vân đạo phân tử. Trường hợp đơn giản nhất là hai nguyên tử kết hợp với nhau cho hai vân đạo phân tử. Các electron của hai nguyên tử bây giờ trở thành electron của phân tử và các electron nầy chỉ được phép ở những mức năng lượng nhất định. Cơ học lượng tử giúp ta tính toán những giá trị của mức năng lượng. Chất rắn được tạo thành do sự kết hợp hằng hà sa số các nguyên tử. Thí dụ ta có 1 cm3 chất rắn, người ta phỏng tính 1 cm3 chất rắn được 1022 (22 số 0 sau số 1, hay là 10 ngàn tỷ tỷ) nguyên tử tạo thành. Trong quá trình nầy, theo cơ học lượng tử, những mực năng lượng điện tử sẽ được thành hình và các electron sẽ chiếm cứ các mực năng lượng nầy. Như vậy, ta có 1022 vân đạo phân tử và 1022 mức năng lượng tương ứng được tạo thành. Các mức năng lượng nầy chồng chập lên nhau theo thứ tự trị số của chúng, trở thành dải được gọi là "dải năng lượng điện tử". Dải ở năng lượng thấp gọi là dải hóa trị (valence band) và dải ở năng lượng cao hơn gọi là dải dẫn điện (conduction band) (Hình 6). Vì con số 1022 là một con số rất lớn những mức năng lượng chồng chập nhau trông giống như một dải liên tục. Như bề dày của một quyển tự điển, từ xa nhìn thì trông như một khối liên tục, nhìn gần thì mới thấy những trang giấy rời rạc.

P1: Dải năng lượng điện tử: (a) kim loại, (b) chất bán dẫn, (c) chất cách điện.

Dải đen tượng trưng cho dải hóa trị và dải trắng cho dải dẫn điện. 

Vùng cấm là khoảng cách giữa dải đen và dải trắng.

P2: Dải năng lượng điện tử của graphene. Dải đen tượng trưng cho dải hóa trị và dải trắng cho dải dẫn điện.Vùng cấm không hiện hữu vì chỉ là nơi tiếp giáp đỉnh của hai hình nón.

Sự thành hình dải năng lượng của chất rắn có thể không liên tục, khi đó sẽ có một khoảng trống xuất hiện, các electron không được phép ở trong khoảng trống này nên được gọi gọi là "vùng cấm" (energy band gap) (Hình P1). Trị số năng lượng của vùng cấm được tính bằng electron volt (eV). Vùng cấm quyết định sự dẫn điện hay cách điện của chất rắn. Sự dẫn điện hay không dẫn điện là do khả năng "nhảy mương" của các electron. Nếu vùng cấm quá rộng electron của chất rắn không thể nhảy từ miền năng lượng thấp lên miền năng lượng cao, ta có vật cách điện. Những vật liệu kết hợp bằng nối  như polyethylene hay kim cương có vùng cấm lớn hơn 8 eV; cái "mương" quá rộng để electron có thể nhảy qua trong điều kiện bình thường (nhiệt độ 22 °C, áp suất 1 atm). Đây là những vật cách điện tuyệt vời. Ngược lại, vùng cấm của kim loại là zero. Vùng cấm zero có nghĩa dải hóa trị và dải dẫn điện tiếp cận hoặc đan vào nhau. Nhờ đó các electron không cần phải "nhảy mương" mà chỉ di chuyển qua lại thoải mái, nên sự dẫn điện xảy ra một cách tự nhiên. Ở giữa hai cực đoan nầy là chất bán dẫn (thí dụ: silicon). Vùng cấm các chất bán dẫn nằm trong khoảng 1 - 1,5 eV. Trong điều kiện bình thường, một số các electron có thể nhảy lên mức năng lượng cao hơn nhờ nhiệt năng (thermal energy) chiếm cứ dải dẫn điện. Vì vậy, hiện tượng bán dẫn xảy ra. (Bên trên là trích đoạn từ quyển "Vật liệu tiên tiến: từ polymer dẫn điện đến ống than nano", Trương Văn Tân, 2008, nxb Trẻ tp HCM.)

Dải hóa trị và dải dẫn điện của mạng lưới lục giác graphene theo sự tính toán của Wallace [8] là hai hình nón chạm nhau ở đỉnh (Hình P2). Như vậy graphene không có vùng cấm.

4. Mật độ

Một lục giác (nhân benzene) của mặt phẳng graphene có 6 tam giác đều; mỗi tam giác có cạnh dài 0,142 nm và chiều cao 0,123 nm. Vậy một lục giác có diện tích là,
1/2 x 0,142 x 0,123 x 6 = 0,0524 nm2 = 5,24 x 10-20 m2

Trọng lượng nguyên tử của carbon là 12 g/mol. Trong 1 mol có 6.023 x1023 nguyên tử. Như vậy một nguyên tử carbon có trọng lượng là
12/(6.023 x 1023) = 1,99 x 10-23 g = 1,99 x 10-20 mg
Trong mặt phẳng graphene, 2 nguyên tử carbon sở hữu 1 hình lục giác.Như vậy mật độ của graphene một lớp (có độ dày một nguyên tử) là
(2 x1,99 x 10-20)/5,24 x 10-20 m2 = 0,76 mg/m2
và 1 gram của một lớp graphene có diện tích là
1.000/0,76 = 1.315 m2
Một lớp graphene có 2 mặt cho nên
1.315 m2 x 2 = 2.630 m2
Ống than nano chỉ có 1 mặt nên có diện tích là 1.315 m2.

5. Độ bền

Độ dày của một lớp graphene là đường kính của nguyên tử carbon (0,335 nm). Do đó, độ bền 42 N/m trở thành
42/(0,335 x 10-9 m) = 125 x 109 N/m2 = 125 GPa
Tương tư, độ cứng 342 N/m trở thành,
342/(0,335 x 10-9 m) = 1.020 x 109 N/m2 = 1.020 GPa.

6. Quy luật hỗn hợp

Nếu ta dùng quy luật hỗn hợp (rule of mixture) ta có thể tính được một cách khái quát cơ tính của compsite từ các thành phần cấu tạo,

Xc = X1v1 + X2v2 (P6.1)
X: cơ tính, c: composite giữa vật liệu 1 và 2, v1, v2: lượng (thể tích hay trọng lượng) của thành phần cấu tạo 1 và 2.

Trong một composite giữa PMMA (thành phần 1) và 1 % graphene (thành phần 2) ta có thể tính độ bền và môđun Young của composite dùng những con số trong Bảng 2.

7. Độ lớn cuả một tụ điện

Ta thử làm một con tính khi ta nạp điện cho một tụ điện từ một cục pin gia dụng AA (1,5 V). Cục pin AA có thể tạo một giòng điện có cường độ 2,8 A trong 1 giờ. Ta có những công thức cơ bản như sau,

Q = It (P7.1)
Q (Coulomb): điện lượng, I (Ampere): cường độ dòng điện, t (giây): thời gian.
Ngoài ra,

C = Q/V (P7.2)
V (Volt): điện áp của nguồn điện.
Sau khi được nạp điện từ cục pin AA trong thời gian 1 giờ (3.600 giây), tụ điện sẽ có điện dung là,
C = (2,8 x 3.600)/1,5 = 6.720 Farad (P7.3)
Một tụ điện thông thường mang dung lượng 1 Farah có kích thước từ một hộp sữa đến một chai rượu. Để có C = 6.720 Farah, kích cỡ tụ điện phải vài ngàn lần to hơn!

Tài liệu tham khảo và ghi chú

A. K. Geim and K. S. Novoselov, Nature Mater. 6 (2007) 183.
D. R. Kauffman and A. Star, Analyst 135 (2010) 2790.
K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva and A. A. Firsov, Science306 (2004) 666.

R. E. Peierls, Helv. Phys. Acta. 7 (1934) 83.
L. D. Landau, Phys. Z. Sowjetunion 11 (1937) 26.
N. D. Mermin, Phys. Rev. 176 (1968) 250.
J. C. Meyer, A. K. Geim, M. I. Katsnelson, K. S. Novoselov, T. J. Booth and S. Roth, Nature 446 (2007) 60.
P. R. Wallace, Phys. Rev. 71 (1947) 622.
A. K. Geim, "Random walk to graphene" (Bước ngẫu nhiên tìm đến graphene), Nobel Lecture, 8 Dec. 2010 (nguồn: Google).

Độc giả có thể vào Youtube đánh từ khóa "making graphene" thì sẽ nhìn được cách thức tách lớp graphne từ than chì và quan sát dưới kính hiển vi.

P. Blake, E. W. Hill, A. H. Castro Neto, K. S. Novoselov, D. Jiang, R. Yang, T. J. Booth and A. K. Geim, Appl. Phys. Lett. 91 (2007) 063124.
A. K. Geim and K. S. Novoselov, Nature Mater. 6 (2007) 183.
K. S. Novolselov et al, Nature 438 (2005) 197.
Y. Zhang, Y.-W. Tan, H. L. Stormer and P. Kim, Nature 438 (2005) 201.
Trương Văn Tân, "Transistor: Nhân tố của một cuộc cách mạng 1&2", Diễn Đàn Forum, www.diendan.org
Wikipedia, từ khóa "Mitsutaka Fujita" và "Graphene nanoribbons"
F. Schwierz, Nature Nanotechnology 5 (2010) 487.
L. Liao and X. Duan, Materials Today 15 (July-August 2012) 328.
K. S. Novoselov, V. I. Fal′ko, L. Colombo, P. R. Gellert, M. G. Schwab and K. Kim, Nature 490 (2012) 192.
J. E. Gordon, "The new science of strong materials", Princeton University Press, 2nd ed. 1976, New Jersey.
C. Lee, X. Wei, J. W. Kysar and J. Hone, Science 321 (2008) 385.
T. Ramanathan et al, Nature Nanotechnology, 3 (2008) 327.
M. Zhang, K. R. Atkinson and R. H. Baughman, Science, 306 (2004) 1358.
M. Cheng, W.Chen and T. Weerasooriya, J. Eng. Mater. Technol. 127 (2005) 197.
D. Porter, J. Guan and F. Vollrath, Adv.Mater., 25 (2013) 1275.
C.-D. Tran, W. Humphries, S. Smith, C. Huynh and S. Lucas, Carbon 47 (2009) 2662.
A. B. Dalton, S. Collins, J. Razal, E. Munoz, V. H. Ebron, B. G. Kim, J. N. Coleman, J. P. Ferraris, and R. H. Baughman, J. Mater. Chem. 14(2004) 1.
A. B. Dalton, S. Collins, E. Muñoz, J. M. Razal, V. H. Ebron, J. P. Ferraris, J. N. Coleman, B. G. Kim and R. H. Baughman, Nature 423 (2003) 703.
X. Zhao, Q. Zhang, D. Chen and P. Lu, Macromolecules 43 (2010) 2357.
M. K. Shin, B. Lee, S. H. Kim, J. A. Lee, G. M. Spinks, S. Gambhir, G. G. Wallace, M. E. Kozlov, R. H. Baughman, and S. J. Kim, Nature Comm.3 (2012) 650.
H. Chen, M. B. Müller, K. J. Gilmore, G. G. Wallace and D. Li, Adv. Mater. 20 (2008) 3557.
Z. Xu, H. Sun, Z. Zhao, C. Gao, Adv. Mater. 25 (2013) 188.
R. Van Noorden, Nature 469 (2011)14.
M. D. Stoller, S. Park, Y. Zhu, J. An and R. S. Ruoff, Nano Lett. 8 (2008) 3498.
F. Schedin, A. K. Geim, S. V. Morozov, E. W. Hill, P. Blake, M. I. Katsnelson and K. S. Novoselov, Nature Materials 61 (2007) 652.
"Graphene Foam Detects Explosives, Emissions Better Than Today's Gas Sensors", Science Daily (2011) www.sciencedaily.com.
V.-T. Truong, P. J. McMahon and A. R. Wilson, J. Polym. Sci. Part B: Polym. Phys., 50 (2012) 624.
P. Avouris and F. Xia, MRS Bulletin 27 (December 2012) 1225.
"Making graphene pay today", Physics Word (June 2013) 9.
R. Van Noorden, "Beyond sticky tape", Nature Outlook 483 (15 March 2012) S32.
D. Li, M. B. Müller, S. Gilje, R. B. Kaner and G. G. Wallace, Nature Nanotechnology 3 (2008) 101.
A. C. Jachak, M. Creighton, Y. Qiu, A. B. Kane and R. H. Hurt, MRS Bulletin 37 (December 2012) 1307.
"20 things you can do with graphene", Physics World Focus on Nanotechnology (June 2012) 11.

E. S. Reich, Nature 497 (2013) 422.
A. K. Geim and I. Grigorieva, Nature 499 (2013) 419.

(Từ nguồn diendan.org)