Graphene, một vật liệu cấu thành từ một lớp đơn nguyên tử carbon sắp xếp trong cấu trúc mạng tinh thể lục giác hai chiều (2D), đã thu hút sự chú ý mạnh mẽ của cộng đ ồng khoa học và công nghệ kể từ khi được khám phá vào năm 2004 bởi Geim and Novoselov(2007). Đặc điểm nổi bật của graphene là cấu trúc lục giác phẳng, trong đó mỗi nguyên tử carbon liên kết với ba nguyên tử khác bằng liên kết cộng hóa trị sigma (σ) bền vững, tạo nên tính chất cơ học vượt trội và tính trơ về mặt hóa học (Novoselov et al.,2005). Nhờ vào các tính chất độc đáo này, graphene được kỳ vọng sẽ mở ra những ứng dụng tiên tiến trong nhiều lĩnh vực, từ điện tử, vật liệu siêu nhẹ, đến năng lượng và y sinh học (Wolf, 2014).

Tuy nhiên, ứng dụng của graphene đang phải đối mặt với những thách thức lớn, một trong số đó là bị hạn chế trong sản xuất quy mô lớn với giá thành rẻ(Razaq et al., 2022). Do đó, cần có những cách tiếp cận mới hiệu quả hơn để chế tạo graphene số lượng lớn và giá thành hạ. Trong số đó, phương pháp sử dụng thiết bị siêu âm mật đ ộ công suất lớn đư ợc biết đế n như một giải pháp hiệu quả và tiềm năng(Rickard et al., 2014). Rung siêu âm mật độ công suất lớn là kỹ thuật sử dụng sóng âm tần số cao để tạo ra rung động cơ học trong môi trường chất lỏng (Ensminger & Bond, 2024), tạo ra hiệu ứng cavitation mạnh (Madaraboina et al., 2021). Hiệu ứng này có khả năng phá vỡ các cụm graphite lớn thành cụm nhỏ hơn và bóc tách những cụm này để tạo thành các lớp graphene một cách hiệu quả (Anastasia et al., 2020).

Nghiên cứu này tập trung vào việc chế tạo vật liệu graphene bằng thiết bị siêu âm mật độ công suất lớn có thể hoạt động một cách liên tục, nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và cải thiện các tính chất của graphene. Tính chất của graphene chế tạo được từ graphite bằng phương pháp siêu âmđược khảo sát và phân tích, đưa ra những đánh giá về cấu trúc và tính chất của vật liệu graphene cũng như hiệu quảcủa phương pháp siêu âm liên hoàn này.

Phương pháp bóc tách graphite thành graphene bằng thiết bị siêu âm mật độ công suất lớn liên hoàn với tần số 40 kHz và mật độ công suất lên đến 2,2 kW/l được trình bày trong bài viết. Graphene được chế tạo thành công từ graphite trong chất lỏng là nước cất và Tween-80 với thời gian khảo sát từ 1 giờ đến 5 giờ siêu âm.

Kết quả khảo sát hình thái học bề mặt FESEM và TEM cho thấy graphene thu được có sự đồng đều và độ dày khoảng 9 nm. Kết quả khảo sát phổ Raman có thấy sự xuất hiện của các đỉnh đặc trưng của graphene chế tạo được. Phân tích ZetaSizer cho thấy graphene có phổ phân bố kích thước từ 80 nm đến 3 μm với cực đại khoảng 450 nm. Kết quả phân tích EDX cho thấy, sau thời gian rung siêu âm 5 giờ, vật liệu graphene có cường độ đỉnh (002) giảm và độ rộng của đỉnh (002) mở rộng. Những kết quả này đã khẳng định hiệu quả của thiết bị siêu âm liên hoàn trong chế tạo vật liệu graphene từ nguyên liệu graphite.