markdown:
# Sự ra đời của "plastic điện tử"
**Sự
ra đời của "plastic điện tử"
**
### Trương Văn Tân
Polymer
dẫn điện đã có vài mươi
ngàn
bài báo cáo, vài ngàn đăng ký phát minh,
vài mươi quyển sách, một giải Nobel, rồi sao nữa..?
(Lời phát biểu của một khoa học gia)
## Tóm tắt
*Plastic
(polymer) là một vật liệu hữu cơ,
có mặt khắp nơi trong mọi sinh hoạt
con người. Nhưng "plastic điện tử"
là một thuật ngữ mới lạ. Hai sản
phẩm nổi bật đang được nghiên
cứu của plastic điện tử hiện nay
là transistor và pin mặt trời chế tạo
từ polymer bán dẫn. Hơn nửa thế
kỷ qua, silicon và các chất bán dẫn
vô cơ là vật liệu chủ đạo
của mọi linh kiện và thiết bị
điện tử nhờ vào các đặc
tính điện tử ưu việt của cấu
trúc tinh thể. Khác với silicon, cấu
trúc phân tử của polymer dẫn điện/bán
dẫn là cấu trúc vô định
hình hay nhiều lắm chỉ là bán
tinh thể. Điều này khiến cho các
đặc tính điện tử của polymer
bán dẫn thấp kém hơn silicon. Nhưng,
trong ba thập niên qua các nhà nghiên
cứu đã tổng hợp được
các polymer dẫn điện/bán dẫn với
những đặc tính điện tử được
nâng cao đến hàng ngàn lần cho
các ứng dụng như transistor và pin mặt
trời. Tuy vậy, chúng vẫn chưa thể
cạnh tranh với silicon hay các chất bán
dẫn vô cơ khác. Polymer vẫn không
khuất phục trước sức mạnh của
silicon vì chúng có những đặc
tính cố hữu, rất quan trọng nhưng
thường bị bỏ quên. Đó là
sự nhẹ cân, có thể bẻ cong, kéo
giãn, chế biến dễ dàng và chi
phí sản xuất thấp. Đặc biệt,
bản chất "mềm dẻo" của
polymer là một yếu tố thuận lợi
cho phương pháp in phun quay cuộn
(roll-to-roll) trong việc sản xuất transistor phim
mỏng (thin film transistor) và pin mặt trời
"mềm" như in giấy báo, những
sản phẩm chưa từng có. Thời đại
thiết bị điện tử "mềm"
dựa trên plastic điện tử đang ló
dạng. Sự xuất hiện
của plastic điện tử là một thành
tựu to lớn của hóa học hữu cơ
và hóa học lượng tử.*
**1.
Tổng quan**
*1.1
Plastic (polymer) trong đời sống*
Hơn 70 năm qua, plastic (polymer) đã âm thầm đi vào những ngõ ngách và thay đổi toàn diện sinh hoạt của con người như một vật liệu thứ ba sau kim loại và gốm sứ. Cách mạng polymer xuất phát từ phát minh tơ sợi nhân tạo. Việc tổng hợp thành công một loại tơ sợi polymer gọi là nylon tại công ty DuPont (Mỹ) ở thập niên 30 của thế kỷ trước thay thế các loại tơ sợi thiên nhiên như tơ tằm, sợi cotton đã làm đảo lộn giới thời trang và may mặc. Năm 1940, thế giới thời trang nở rộ với những chiếc bí tất dài (stockings) chế tạo từ nylon được DuPont lần đầu tiên tung ra thị trường. Quý bà, quý cô hưởng ứng nồng nhiệt, hào phóng mở hầu bao mua những đôi bít tất "plastic" vừa hấp dẫn, vừa đài các. Từ đó, phe tóc dài có thể thoải mái khoe đôi chân dài với chiếc bít tất xuyên thấu, ấm chân mùa đông, mát chân mùa hè. Sản phẩm của DuPont và các loại vải vóc tơ nhân tạo đã đem đến những khoảnh khắc tươi mát trong những ngày u ám khởi đầu của Thế chiến thứ 2. Sau Thế chiến, các loại polymer khác lần lượt xuất hiện thay thế kim loại, gốm sứ và vật liệu thiên nhiên cho các sản phẩm gia dụng, trong xây dựng, hàng hải, hàng không, không gian và nhiều lĩnh vực công nghiệp khác. Tuy nhiên, trong công nghiệp điện và điện tử plastic chỉ là một vật liệu dùng làm vật cách điện cho những sợi dây đồng. Chúng được sản xuất đại trà vừa rẻ vừa tốt nhưng chỉ là vật liệu "bên rìa" chưa phải là vật liệu "chủ đạo" như trong công nghiệp tơ sợi, xây dựng hay gia dụng. Plastic không thể thay thế kim loại làm nên việc dẫn điện. Nó cũng không phải là chất bán dẫn như nguyên tố silicon làm nên những thiết bị điện tử.
*1.2
Polymer dẫn điện*
Nhưng, sự độc chiếm của kim loại và chất bán dẫn như silicon trong công nghiệp điện và điện tử dần dà bị lung lay vì sự xuất hiện của polymer dẫn điện. Sau việc phát hiện ngẫu nhiên bởi nhóm nghiên cứu của giáo sư Shirakawa Hideki tại Tokyo Institute of Technology (Viện Công nghệ Tokyo), polymer dẫn điện đã được khảo sát và nghiên cứu tròn 40 năm mà đỉnh cao là thập niên 80 và 90 của thế kỷ trước. Các giáo sư Alan MacDiarmid và Alan Heeger triển khai các polymer dẫn điện khác và tạo nên một ngành riêng biệt. Cụm từ "plastic dẫn điện" đã trở thành một thuật ngữ thời thượng trong giai đoạn này và nhiều nhóm nghiên cứu tranh đua đạt những con số cao nhất về độ dẫn điện. Trong cao trào này các thành quả nghiên cứu đã mang đến nhiều tri thức cơ bản, mẫu thử (prototype) và thương phẩm của polymer dẫn điện. Các công ty như Seiko- Bridgestone (Nhật Bản) là những cơ sở tiên phong sản xuất pin polyaniline (PANI), siêu tụ điện polypyrrole (PPy). Một công ty Đức (Ormecon Chemie GmbH) đã sản xuất chất keo PANI chống ăn mòn trong thép và nhôm. Tuy nhiên, sự cạnh tranh khốc liệt giữa các vật liệu khác nhau cho cùng một ứng dụng đã xảy ra và những thương phẩm từ polymer dẫn điện đã lộ ra nhược điểm của mình không đánh bại được các vật liệu khác về chức năng, tuổi thọ và giá cả. Chẳng hạn, điện cực PANI và PPy trong pin và tụ điện không thể cạnh tranh với lithium. Chất keo PANI chống ăn mòn đã có những thành công nhất định nhưng không có tuổi thọ dài vì tính không bền cố hữu của polymer. Hệ quả là những công ty này phải ngừng sản xuất.
Trong bộ ba Alan MacDiarmid, Alan Heeger và Shirakawa Hideki đoạt giải Nobel Hóa học (năm 2000) cho việc khám phá polymer dẫn điện, MacDiarmid đã qua đời, Shirakawa đã về hưu, ngày nay (2015) chỉ còn Heeger đang tiếp tục nghiên cứu tập trung vào các ứng dụng về quang tử học và pin mặt trời tại Đại học California, Santa Barbara. Trong bài diễn văn nhận giải Nobel, Heeger đã nhận định rằng việc khám phá polymer nối liên hợp với khả năng pha tạp (doping) biến một vật liệu vốn cách điện trở thành dẫn điện như kim loại hay bán dẫn như chất bán dẫn vô cơ là một điều chưa từng thấy trong lịch sử khoa học. Đặc điểm này tạo nên một lĩnh vực nghiên cứu liên ngành giữa hóa học và vật lý chất cô đặc (condensed matter). Ngoài ra, việc khám phá polymer dẫn điện đã tạo ra một số cơ hội như [1]:
-
Để hình thành những tri thức mới trên cơ sở hóa học và vật lý của polymer nối liên hợp, trong đó carbon nối đơn và nối đôi luân phiên liên kết với nhau, ....-C=C-C=C-....
-
Để trả lời những câu hỏi liên quan đến hóa học lượng tử chưa được giải đáp từ vài thập niên qua.
-
Để trình bày những vấn đề cơ bản quan trọng trong vật lý chất cô đặc kể cả cơ chế chuyển tiếp kim loại – chất cách điện.
-
Để chế tạo một vật liệu polymer vừa có đặc tính dẫn điện và quang học của kim loại hay chất bán dẫn, vừa duy trì cơ tính và tính gia công cố hữu của polymer.
Vì vậy, khi được hỏi về sự quan trọng của việc khám phá của polymer dẫn điện Heeger đã đưa ra hai câu trả lời:
-
Vật liệu chưa từng có trước đó.
-
Vật liệu mang đặc tính độc đáo không có ở những vật liệu đã biết.
Là một nhà nghiên cứu cơ bản, Heeger đã có những quan điểm hàn lâm và ít đặt nặng về khả năng thực dụng. Sau 40 năm nghiên cứu và triển khai, tri thức hàn lâm về polymer nối liên hợp đã được tích lũy khá phong phú trong tổng số vài mươi ngàn bài báo cáo và nhiều thư tịch [2]. Số lượng các bài báo cáo giảm dần sau đỉnh cao của thập niên 80 và 90 nhưng các ứng dụng cũng dần dần xuất hiện. Ngay từ đầu doanh nghiệp nhiệt tình nhập cuộc và đã có những thất bại ban đầu, nhưng sau đó các polymer bán dẫn tiên tiến với những đòi hỏi khắt khe như tính hòa tan trong dung môi, tính bền nhiệt đã được tổng hợp thành công theo yêu cầu của các ứng dụng.
*1.3
Nhược điểm của polymer *
Ở
thập niên 80, cuộc tranh đua về việc
nâng cao độ dẫn điện của
polymer dẫn đã được đăng
tải liên tục trên các tạp chí
chuyên ngành và được thảo
luận sôi nổi trong các hội nghị
khoa học. Cuối cùng, độ dẫn điện
của polymer cũng đạt đến độ
dẫn điện của đồng. Nhưng đây
chỉ là đặc tính
*"một
phút huy hoàng rồi chợt tắt"*.
Độ dẫn điện nhanh chóng tụt
giảm do sự suy thoái khi tiếp xúc với
nhiệt, không khí hay độ ẩm trong
môi trường làm mất đi tính
thực dụng. Khi người ta đã hiểu
cơ chế dẫn điện của polymer thì
việc tổng hợp chúng có độ
dẫn của kim loại trở nên không
cần thiết. Đã qua rồi thời đại
tranh đua tổng hợp các polymer dẫn điện
có độ dẫn tương đương
với kim loại. Đã qua rồi những
công trình nghiên cứu với mục
đích thay thế kim loại trong các ứng
dụng dẫn điện. Độ dẫn của
polymer dẫn điện tùy thuộc sâu
sắc vào tính bền nhiệt và môi
trường. Plastic không chịu được
nhiệt cao và dễ bị thoái hóa
khi để ngoài trời lâu ngày là
những điều hiểu biết thường
thức. Đối với công nghiệp như
tơ sợi, xây dựng, sự suy thoái
của vật liệu bởi nhiệt hay môi
trường là đặc tính vĩ mô
mà ta có thể theo dõi và phòng
ngừa. Nhưng, khi sử dụng polymer như là
một vật liệu điện tử thì sự
suy thoái có thể mang đến một
biến đổi đột biến trong sự
luân lưu của hạt tải điện
(thí dụ, electron) làm tê liệt toàn
bộ một hệ thống và gây ra những
tổn thất không lường trước
được.
Cấu trúc của polymer dẫn điện hay bán dẫn cơ bản là polymer nối liên hợp. Trong bài viết này cụm từ "polymer dẫn điện", "polymer bán dẫn" và "polymer nối liên hợp" được dùng qua lại tùy theo ngữ cảnh và ứng dụng nhưng cùng chỉ một vật liệu. Dù cường độ không bằng hai mươi năm trước ngày nay polymer dẫn điện vẫn được tiếp tục nghiên cứu để khắc phục những nhược điểm nhằm hướng vật liệu này thành nhưng thương phẩm hữu dụng. Những nhược điểm đó là (1) tính không bền đối với nhiệt, độ ẩm và tia tử ngoại mặt trời và (2) tính không hòa tan trong dung môi. Những nghiên cứu ứng dụng gần đây của các vật liệu hữu cơ trong đó bao gồm polymer nối liên hợp được tập trung vào lĩnh vực điện tử, quang điện tử, năng lượng mà những sản phẩm điển hình là transistor, đèn LED, điện thoại thông minh, máy ảnh kỹ thuật số, màn hình cong TV và pin mặt trời hữu cơ.
*1.4
Cấu trúc phân tử và đặc
tính*
Sự liên hệ giữa cấu trúc phân tử và đặc tính (structures and properties relationship) là một nền tảng nghiên cứu truyền thống trong khoa học polymer [3]. Thiết kế cấu trúc polymer ở những kích cỡ dài ngắn (phân tử lượng cao, thấp), hình dạng, kết tinh theo những điều kiện tổng hợp khác nhau cộng với những kiến thức gia công đã tạo ra những thành phẩm với nhiều đặc tính ưu việt. Trên nền tảng này, khoa học polymer đã có nhiều thành tựu trong lĩnh vực cơ tính vật liệu. Chẳng hạn, từ những dữ liệu và kiến thức về tinh thể hóa polymer, người ta có thể chế tạo ra các vật liệu hay sợi polymer vừa nhẹ vừa có độ bền chắc có thể thay thế kim loại trong công nghiệp xây dựng hay thay thế tơ lụa thiên nhiên trong công nghiệp may mặc thời trang.
Sử dụng hóa học hữu cơ và hóa học lượng tử như một công cụ, các nhà khoa học học hỏi kinh nghiệm cũ để tìm hiểu sự liên hệ giữa cấu trúc và đặc tính điện tử của polymer bán dẫn cho các thiết bị điện tử "mềm" (flexible electronics) tương lai. Mục tiêu là để cải biến năng lượng vùng cấm, tối ưu hóa độ di động của hạt tải điện (như electron mang điện âm và lỗ mang điện dương) cho linh kiện transistor, hiệu suất chuyển hoán của pin mặt trời hay biến đổi màu sắc trong ứng dụng đổi màu điện học (electrochromism).
*1.5
Polymer cho thiết bị điện tử*
Ngày nay, chúng ta có thể tổng hợp polymer nối liên hợp có độ dẫn được điều chỉnh từ kim loại đến chất bán dẫn mà chất bán dẫn lại là những vật liệu then chốt trong công nghiệp điện tử. Thiết bị điện tử có giá trị cao và tiềm năng sản xuất lớn. Vì vậy, triển khai polymer nối liên hợp cho các ứng dụng điện tử là một hướng đi tất yếu. Cũng như silicon, polymer bán dẫn có những ứng dụng điện tử chẳng hạn như transistor, pin mặt trời và đèn LED. Từ đó, cụm từ "plastic điện tử" (electronic plastic/polymer) xuất hiện.
Polymer nối liên hợp đã được triển khai triệt để trong lĩnh vực tổng hợp nhờ vào tài năng của các nhà hóa hữu cơ. Trong 40 năm qua polymer nối liên hợp đã có ba thế hệ. Mỗi thế hệ đều có những bước tiến mới. Polyactylene (PA), polyaniline (PANI), polypyrrole (PPy), polythiophene (PT), poly (phenylene vinylene) (PPV) là những polymer tiêu biểu của thế hệ thứ nhất. Hòa tan trong dung môi trở thành mục tiêu tổng hợp của thế hệ thứ hai. Tính hòa tan là một đặc điểm quan trọng cho việc thương phẩm hóa và giảm chi phí sản xuất. Dung môi cũng phải thân thiện với môi sinh không gây ô nhiễm. Trong ý nghĩa này nước là một dung môi lý tưởng nhất.
Poly (3-hexyl thiophene) (P3HT) hay poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene] (MEH-PPV) là những polymer bán dẫn đầu tiên có thể hòa tan và có những đóng góp lớn trong nghiên cứu về transistor hữu cơ, pin mặt trời và đèn LED polymer (PLED). Ngoài ra, một polymer dẫn điện tiêu biểu khác của thế hệ thứ hai là polyethylene dioxythiophene (PEDOT) trong dạng chất keo được khảo sát cho nhiều ứng dụng thay thế PPy và PANI nhờ vào độ dẫn điện cao và tính bền nhiệt tốt. Thế hệ thứ ba là những polymer bán dẫn tiên tiến phần lớn là các polymer dẫn xuất từ PT và PPV với những nhóm chức năng thích hợp cho các ứng dụng trong transistor, pin mặt trời, LED và đổi màu điện học (Hình 1). Trong các lĩnh vực này, transistor và pin mặt trời cho thấy những tiềm năng nổi bật đáp ứng nhu cầu của giới tiêu dùng với những ứng dụng mới chưa từng có. Đèn LED hữu cơ (organic LED) đã là thương phẩm, nhưng hiện nay polymer bán dẫn không cạnh tranh được với các phân tử bán dẫn (semiconducting molecules) dùng cho LED nên phải lui sau hậu trường.
*Hình
1: Các ứng dụng điện tử theo từng
thể loại của vật liệu điện
tử hữu cơ bao gồm tinh thể (oligomer)
nối liên hợp và polymer nối liên
hợp.*
Các công trình triển khai thực dụng xoay quanh việc gia tăng độ hòa tan và thiết kế năng lượng vùng cấm của polymer là một điểm chung cho các ứng dụng điện tử như transistor, pin mặt trời và đổi màu điện học. Thành công của lĩnh vực này sẽ tạo điều kiện tốt cho lĩnh vực kia. Và hầu như, các polymer nối liên hợp của thế hệ thứ ba đều có thể sử dụng cho cả transistor và pin mặt trời [4]. Ngoài khả năng sử dụng trong quốc phòng, ứng dụng của đổi màu điện học ít phổ cập trong dân dụng. Vì cũng là một polymer trong hệ "plastic điện tử", nên polymer cho ứng dụng đổi màu được giới thiệu sơ lược ở đây.
Hiện tượng đổi màu điện học là một đặc tính "bẩm sinh" của tất cả polymer nối liên hợp. Polymer nối liên hợp có khả năng đổi màu khi biến đổi có sự thay đổi điện áp cao thấp, âm dương. Ứng dụng chính của hiện tượng này là hiệu ứng "cắc kè hoa" đổi màu giống màu của môi trường xung quanh. Trong hơn một thập niên, nhóm nghiên cứu của giáo sư John Reynolds (Đại học Florida và Georgia Institute of Technology, Mỹ) đã dẫn đầu trong lĩnh vực này và tổng hợp hàng loạt polymer nối liên hợp vừa có thể hòa tan trong dung môi vừa có năng lượng vùng cấm khác nhau và pha tạp với các chất khác nhau [5]. Năng lượng vùng cấm khác nhau sẽ hiển thị màu sắc khác nhau. Trong ứng dụng đổi màu điện học của polymer nối liên hợp, năng lượng vùng cấm được thiết kế sao cho polymer hấp thụ một vài vùng của ánh sáng và hiển thị vùng ánh sáng còn lại không bị hấp thụ. Thí dụ, vật liệu hấp thụ màu xanh dương (blue) và xanh lục (green) sẽ hiển thị màu đỏ, hấp thụ màu đỏ và xanh dương sẽ hiển thị màu xanh lục, hấp thụ màu vàng sẽ hiển thị màu xanh dương.
Từ những vật liệu đa dạng này các thiết bị đổi màu bằng phương pháp in phun giá thành thấp đã được chế tạo và đang triển khai đến vùng hồng ngoại cho các ứng dụng quốc phòng [6]. Hỗn hợp hai polymer cũng là một phương pháp thiết kế năng lượng vùng cấm tạo ra màu lai trung gian giữa hai màu của polymer ban đầu. Trên thực tế, sử dụng các polymer của thế hệ thứ nhất và thứ hai như PPy, PT, PEDOT bằng cách pha trộn những chất này cũng có thể tạo ra một số màu lai khác nhau [7]. Mặc dù số màu lai không phong phú nhưng các polymer của thế hệ thứ nhất và thứ hai là những vật liệu quen thuộc có thể tổng hợp dễ dàng có sản lượng cao hơn polymer của thế hệ thứ ba.
*1.6
Câu hỏi cần giải đáp*
Bài viết này trình bày các công trình nghiên cứu của polymer bán dẫn trong lĩnh vực điện tử như transistor và pin mặt trời hữu cơ. Silicon và các chất vô cơ anh em hiện là vật liệu chính của lĩnh vực này. Và rất khó cho những vật liệu mới có thể lật đổ được vật liệu truyền thống trong những ứng dụng hiện có nếu chúng không có những ưu điểm vượt trội trong các đặc tính và phương thức chế tạo. Liệu polymer bán dẫn nói riêng và vật liệu hữu cơ nói chung có thể cạnh tranh với silicon trong lĩnh vực điện tử? Một đặc tính rất bình thường, hiển nhiên, nhưng ít được lưu tâm là sự "mềm dẻo" của plastic. Hàng mươi ngàn bài báo cáo và sự tận tâm của hàng mươi ngàn khoa học gia và nghiên cứu sinh trong ba thập niên qua đã tạo nên cuộc "tiến hóa" của vật liệu hữu cơ dùng trong các thiết bị điện tử có thể in lên chất nền mềm với chi phí thấp. Liệu đặc tính mềm dẻo này có thể làm nên cuộc cách mạng công nghệ với những ứng dụng độc đáo chưa từng có trong khoa học kỹ thuật? Bối cảnh ba mươi năm nghiên cứu và triển khai của "plastic điện tử" sẽ được phân tích nhằm giải đáp những thắc mắc này.
## 2. Transistor phim mỏng (Thin film transistor)
*2.1
Transistor từ polymer*
Việc
tìm một vật liệu mới nhằm thay
thế silicon trong transistor lúc nào cũng
nằm trong tư duy của các nhà nghiên
cứu điện tử và chiến lược
triển khai của doanh nghiệp. Để chế
tạo transistor, một trong những điều
kiện quan trọng là độ di động
(biểu hiện sự di động của hạt
tải điện như electron/lỗ dưới
ảnh hưởng của điện trường)
phải thật lớn để transistor có
thể hoàn thành nhiệm vụ xử lý,
truyền tải và tích trữ thông
tin. Trong các ứng dụng điện tử
hay quang điện tử, độ di động
của electron/lỗ là một trong những yếu
tố quyết định hiệu năng của
một sản phẩm điện tử. Sự ứng
biến nhanh của máy tính nhờ vào
độ di động nhanh của electron của
chất bán dẫn silicon trong trong transistor. Độ
di động của electron trong tinh thể silicon
được dùng cho transisitor hiện đại
là 1.400 cm
2/V.s. Đây là con số
rất lớn khi so với con số 10 -3
cm 2/V.s của polymer bán dẫn chưa
được tối ưu hóa. Khi polymer được
tinh thể hóa độ di động được
nâng cao từ 10 -3 lên đến 0,6
cm 2/V.s, 600 lần cao hơn nhưng vẫn
còn quá thấp để tạo nên
một thiết bị điện tử.
Đã
có rất nhiều công trình được
thực hiện để khảo sát ống
than nano và graphene dùng cho transistor. Hai vật
liệu carbon này có độ di động
electron rất lớn; 100.000 cm
2/V.s [8] cho ống
than nano và 200.000 cm 2/V.s cho graphene [9].
Khi
so với độ di động của polymer bán
dẫn (10 -3 cm 2/V.s) hay
silicon (1.400
cm 2/V.s), đây là hai con số khổng
lồ. Chúng có liên hệ trực tiếp
đến hình ống của ống than và
cấu trúc hai chiều của graphene và đã
thu hút sự chú ý của những nhà
thiết kế transistor với niềm hy vọng
thay thế silicon. Hai thập niên nghiên cứu
đã trôi qua, nhưng máy tính dùng
transistor ống than nano chỉ có sức mạnh
tương đương với máy tính
dùng transistor silicon của thập niên 50, 60
thế kỷ trước [10]. Việc chế tạo
transistor ống than còn vẫn trong tình
trạng thủ công. Ngoài ra, transistor
graphene không thể dùng với chức năng
mở/đóng dòng điện cần thiết
cho máy tính như transistor silicon. Transistor
graphene chỉ có một trạng thái mở
dòng điện nhưng không thể đóng,
nên chỉ có thể dùng cho những
thiết bị vô tuyến viễn thông ở
tần số radio [11]. Tóm lại, dù có
độ di động rất lớn, ống than
nano và graphene chưa sẵn sàng thay thế
silicon cho transistor.
Đối với polymer bán dẫn, câu chuyện về transistor đượm màu sắc lạc quan hơn. Nhưng trước hết, vần đề nâng cao tính bền cần phải được giải quyết. Do hoạt tính của nối đôi C=C của nối liên hợp, polymer vướng phải nhược điểm là không có tính bền nhiệt và ổn định trong môi trường (thermal and environmental stability). Nó là một trở ngại lớn cho mọi tiềm năng ứng dụng. Nối đôi là điều kiện cần để có sự dẫn điện và độ di động. Nhưng nó cũng sẵn sàng phản ứng với các tác nhân trong môi trường như hơi nước, oxygen nhất là ở nhiệt độ cao. Điều này thấy rõ nhất trong polyacetylene (PA), polymer dẫn điện đầu tiên và cũng ít bền nhất.
Nối đôi cho ta cả mặt thuận lợi cũng như bất lợi. Để làm gia tăng độ bền, nối đôi cần được cài vào nhân ngũ giác như thiophene hay pyrrole. Những polymer này (PT và PPy) bền hơn PA nhưng vẫn chưa đáp ứng đối với nhu cầu bền trong các ứng dụng điện tử. Nhân benzene được biết là một chủng loại bền, khi nhân benzene, hay nhân benzene gắn với nhân ngũ giác thiophene, pyrrole, tạo thành sườn (backbone) polymer, thì ta có thể vừa duy trì nối liên hợp vừa nâng cao tính bền nhiệt. Đây là thế hệ thứ ba của polymer nối liên hợp. Hình 4 cho thấy một polymer tiêu biểu.
*2.2
Độ di động của hạt tải điện*
Dù
không bằng các chất bán dẫn vô
cơ về độ di động và nhỏ
hơn ống than nano và graphene vài trăm
ngàn lần, polymer bán dẫn có thể
sản xuất bằng phương pháp in hoặc
phủ lên các chất nền từ thủy
tinh đến plastic ở nhiệt độ bình
thường. Nhưng con số 10
-3 cm 2/V.s
quá nhỏ và độ di động phải
ít nhất là ~ 1 cm 2/V.s trước
khi nói đến các ứng dụng thực
tiễn. Để thực dụng hóa vật
liệu này trong lĩnh vực điện tử,
đã có nhiều nỗ lực nghiên
cứu tập trung vào việc gia tăng độ
di động của hạt tải điện
(electron/lỗ) trong polymer nối liên hợp và
các tinh thể phân tử lượng thấp
(oligomer) có nối liên hợp. Hạt di
chuyển trong tinh thể có sắp xếp trật
tự, nhưng bị tắt nghẽn trong cấu
trúc vô định hình. Điều này
có thể ví như chiếc xe chạy
nhanh trên con đường thẳng (trạng
thái tinh thể) hơn là trên con đường
ngoằn ngoèo (trạng thái vô định
hình). Vì vậy, mục tiêu trước
nhất là phải tinh thể hóa cấu
trúc polymer để gia tăng độ trật
tự và nhờ đó độ di động
gia tăng.
Trong nửa thế kỷ qua, những đặc tính điện tử của chất bán dẫn vô cơ (silicon, germanium, gallium ...) được khảo sát tường tận thiết lập nên nhiều lý thuyết quan trọng trong vật lý chất rắn và các thành quả khoa học tuyệt vời đã mang đến những bước phát triển to lớn cho transistor và sự phồn vinh của nền công nghiệp điện tử. Tiếc rằng, tri thức quý báu này không thể áp dụng cho polymer vì phần lớn polymer thường ở trong trạng thái vô định hình (amophous) như một chùm tóc vướng víu vào nhau hay tốt lắm thì chỉ là bán tinh thể (semi-crystalline), một hỗn hợp giữa vô định hình và tinh thể. Vướng víu hay độ rối là những từ bình dân chỉ trạng thái vô định hình. Ngược lại, vật liệu bán dẫn vô cơ phần lớn là kết tinh 100 % với những mạng lưới tinh thể (lattice) được minh xác rõ rệt. Sự hiện diện của trạng thái vô định hình khiến cho việc tạo lập một mô hình toán học cho polymer trở nên vô cùng phức tạp. Việc thiết lập một lý thuyết điện tử chặt chẽ cho trạng thái vô định hình gần như bất khả thi. Nhưng trong khoa học polymer, người ta có những cách giải quyết bán định lượng riêng của nó. Sau đây là những cột mốc quan trọng của trong việc gia tăng và giải mã cơ chế nâng cao độ di động của polymer bán dẫn.
P3HT
là một trong trong những polymer bán dẫn
quan trọng. Nó đã được khảo
sát như một vật liệu cho transistor hữu
cơ từ thập niên 90 của thế kỷ
trước do tính hòa tan tốt. P3HT có
độ di động trong khoảng 0,1 cm
2/V.s
nhờ vào sự sắp xếp trật tự
của các phân tử P3HT (Hình 2). Trong
hai thập niên tiếp theo, ngoài P3HT nhiều
nhóm chức năng đã được
gắn lên PT để tạo những polymer
dẫn xuất vừa có thể hòa tan vừa
mang tính bền nhiệt, khả năng đề
kháng hơi nước và oxit hóa, đồng
thời gia tăng hay ít nhất duy trì độ
di động. Đây là một nỗ lực
lớn của nhiều công trình xuất
sắc trong hai thập niên qua. Nhưng độ
di động của các polymer dẫn xuất
thuộc hệ PT vẫn không thể vượt
hơn 1 cm 2/V.s [12]. Các nhà khoa học
phải tìm các polymer bán dẫn khác.
|
||
|![]()
*Hình
2: (a) P3HT với nhóm hexyl sắp xếp hỗn
loạn, (b) regioregular (RR) P3HT với nhóm hexyl
sắp xếp trật tự và (c) các
RR-P3HT kết hợp thành tinh thể có
trật tự trên dưới, ngang dọc.*
Có thể nói rằng, không có nối đôi C=C thì "plastic điện tử" không hiện hữu. Độ di động tùy thuộc vào sự hiện diện của điện tử của nối đôi. Hạt tải diện di động dọc theo chiều dài của sườn polymer và đồng thời nhảy từ polymer này sang polymer kia nhờ vào sự chồng chập cùa các phân tử polymer. Sự chồng chập do sự nối kết các vân đạo giữa hai polymer ( stacking) tạo thành những chiếc cầu ngắn cho sự di chuyển của hạt tải điện. Cả hai cơ chế đều quan trọng và quyết định độ di động của hạt tải điện (Hình 3).
|
|![]()
|
|
(b)
*Hình
3: (a) Hạt tải điện (electron tích điện
âm hay lỗ tích điện dương) di
động theo sườn polymer *( \( \longleftrightarrow \) *hay
chiều dọc *( \( \updownarrow \) *,
nhờ vào sự chồng chập nối kết
vân đạo *π * (*π *
stacking). (b) Hình lập thể của (a) cho thấy
một kết tinh có các cấu trúc
phẳng chồng chập lên nhau [13].*
Nhìn
vào cấu trúc kết tinh của P3HT (Hình
2c), ta nhận thấy rằng electron di chuyển dễ
dàng dọc theo sườn polymer nhưng khoảng
cách giữa hai polymer quá xa để
electron có thể "nhảy rào" từ
polymer này sang polymer kia. Ta cần một hệ
thống polymer bán dẫn có một khoảng
cách "nhảy rào" thích hợp.
Rất may, nhân ngũ giác hay nhân benzene
tạo thành sườn của polymer đề
cập ở trên là một mũi tên
đạt được hai kết quả. Kết
quả thứ nhất là gia tăng tính
bền như đã nói. Kết quả thứ
hai là sự nối kết các mặt phẳng
của nhân ngũ giác và nhân
benzene tạo ra sườn polymer thẳng và
cứng, nhờ vậy thúc đẩy sự
thành hình dễ dàng của kết
tinh polymer (Hình 3b). Như đã trình
bày ở trên, do bản chất của
polymer sự kết tinh này không toàn
diện 100% nhưng nó cũng tạo ra những
"hòn đảo" tinh thể trong biển
vô định hình. Sự chồng chập
nối kết vân đạo π được
thành hình trong các hòn đảo
này đã tạo thêm điều kiện
gia tăng độ di động. Một bài
báo cáo xuất hiện gần đây
[14] đã chứng thực được điều
này. Nhóm nghiên cứu của Zhang đã
tổng hợp một polymer bán dẫn (Hình
4) có độ di động gia tăng đến
3,6 cm
2/V.s, gia tăng hơn 3.000 lần so với
các polymer bán dẫn "cổ điển".
Số liệu này đã vượt qua bức
tường tâm lý 1 cm 2/V.s và
lần đầu tiên cho thấy polymer bán
dẫn có tiềm năng làm vật liệu
cho transistor. *Hình
4: Polymer bán dẫn (indacenodithiophene–benzothiadiazole
copolymer) được tổng hợp bởi Zhang
và cộng sự [14] có độ di động
3,6 m* *2* */V.s.
*
Di
động của hạt tải điện xảy
ra tự nhiên dọc theo sườn của
polymer nối liên hợp nhưng sự di động
theo chiều dọc do sự chồng chập nối
kết vân đạo π giữa hai polymer
vẫn chưa được hiểu rõ và
tối ưu hóa. Công trình của nhóm
Zhang [14] đã xác nhận độ di động
gia tăng là do đóng góp của sự
chồng chập vân đạo π. Nhưng
khoảng cách giữa hai polymer của nhóm
Zhang chỉ là một khoảng cách ngẫu
nhiên. Ta cần một khoảng cách tối
ưu để độ di động có thể
vượt qua con số 3,6 m
2/V.s. Nếu hai
polymer quá gần nhau thì chúng đẩy
nhau vì lực Coulomb, quá xa nhau thì hạt
tải nhảy không qua. Năm 2012, Li và
cộng sự thuộc Viện Hàn lâm Khoa
học Trung Quốc, Đại học Baptist Hong
Kong và Đại học Công nghệ Nanyang
(Singapore) đã thực hiện việc tối
ưu hóa. Họ đã tổng hợp
thành công một copolymer bán dẫn có
khoảng cách tối ưu, có tính hòa
tan và có độ di động là 10
cm 2/V.s [15]. Đây là con số cao
nhất từ trước đến nay (2014) cho
polymer bán dẫn.
Công
trình của Li và cộng sự được
tóm tắt như sau. Copolymer được
tổng hợp từ hai loại monomer khác
nhau, monomer cho electron và monomer nhận electron. Tỷ
số giữa hai monomer trong copolymer được
quyết định dựa theo kết quả tính
toán của mô hình phân tử
(molecular modelling) sao cho khoảng cách tối ưu
giữa hai copolymer là 0,33 nm. Ở khoảng cách
này độ di động có trị số
cực đại là 10 cm
2/V.s. Trên
phương diện tổng hợp, Li và cộng
sự đã định được các
điều kiện tổng hợp có sản
lượng cao và phân tử lượng
tối đa để loại trừ chất tạp
và nâng cao hiệu ứng "bắc cầu".
Hiệu ứng này sẽ được đề
cập ở phần kế tiếp.
Hiệu ứng bắc cầu liên quan đến phân tử lượng. Noriega và cộng sự [16] tìm hiểu sự liên hệ giữa độ di động và phân tử lượng (hay là chiều dài của polymer) bằng cách tổng kết các số liệu của 30 bài báo cáo đã được công bố từ trước đến nay. Kết quả phân tích cho thấy một liên hệ thú vị là: (1) độ rối của polymer tăng khi phân tử lượng tăng và (2) độ di động tăng khi phân tử lượng tăng. Kết quả (1) có thể hiểu bằng kinh nghiệm thường ngày là chùm dây dài sẽ rối hơn chùm giây ngắn. Nhưng (1) và (2) đưa đến một suy diễn là: độ di động gia tăng với độ rối (vô định hình). Đây là một nghịch lý mâu thuẩn đối với những điều hiểu biết kinh điển. Kinh điển rút từ chất bán dẫn vô cơ bảo rằng: độ di động tăng theo độ trật tự (độ kết tinh).
Thật sự, không có sự mâu thuẫn, nhưng phải giải thích thế nào? Cấu trúc phân tử các polymer bán dẫn là bán tinh thể. Như đã diễn tả, các tinh thể thường kết tập vào nhau trở thành những "hòn đảo" nhỏ nằm rải rác trong "biển" của các polymer vô định hình. Hạt tải điện có thể di động thoải mái trong những "hòn đảo" tinh thể này. Khi phân tử lượng cao (chiều dài polymer dài), polymer nằm vắt ngang những "hòn đảo" như cây cầu liên thông khiến cho sự đi lại của các hạt tích điện giữa các hòn đảo dễ dàng, dẫn đến sự di động tầm xa (long range mobility) của các hạt tải điện. Ngược lại, khi phân tử lượng thấp, polymer không đủ dài để có sự bắc cầu. Các "hòn đảo" trở nên cô lập khiến sự di động bị tắt nghẽn (Hình 5).
*Hình
5: Những "hòn đảo" tinh thể
có sự sắp xếp trật tự của
phân tử polymer (tô màu đậm)
trong vùng "biển" của các polymer
vô định hình (vô trật tự).
(a) Các "hòn đảo" bị cô
lập vì polymer không đủ dài để
bắc cầu, sự di động của các
hạt tích điện tắt nghẽn. (b) Các
"hòn đảo" được nối
kết bởi polymer dài, sự di động
tầm xa xảy ra (phỏng theo [17]). *
Tóm lại, sự kết tinh, khoảng cách tối ưu giữa hai polymer và phân tử lượng là ba yếu tố then chốt ảnh hưởng đến độ di động của hạt tải điện trong polymer bán dẫn. Thiết kế một polymer bán dẫn cho transistor cho thấy sự phức tạp và rối rắm của vật liệu hữu cơ. Dù có những nỗ lực nâng cao độ di động, nhưng số liệu hiện nay vẫn chưa đạt tới 1/100 của silicon. Nhưng điều này có thực sự quan trọng không? Điều quan trọng đối với doanh nghiệp là khả năng phương pháp in phun có chi phí thấp để chế tạo một loại transistor mới – transistor phim mỏng sử dụng polymer bán dẫn.
*2.3
Phương pháp chế tạo in phun*
Sự
phát hiện của polymer bán dẫn của
nhóm Li tạo ra một cơ hội lớn
trong việc chế tạo đại trà
transistor hữu cơ bằng phương pháp
quay cuộn (roll-to-roll) in phun (Hình 6) ở nhiệt
độ bình thường (20 -30 C), tiện
lợi và ít tốn kém. Thật sự,
đã có những tinh thể (oligomer) nối
liên hợp có độ di động bằng
hoặc lớn hơn 10 cm
2/V.s nhưng việc
chế tạo transistor từ các tinh thể này
đã gặp phải nhiều khó khăn
vì ảnh hưởng của nhiệt độ
và hơi nước trong không khí.
Phương pháp bốc hơi chân không
là phương pháp chính để phủ
tinh thể lên chất nền nhưng rất
tốn kém. Ngoài ra, tinh thể dễ bị
gãy nứt vì không có độ
bền cơ học như polymer. *Hình
6: Hệ thống sản xuất thiết bị
điện tử "mềm" băng phương
pháp quay cuộn đi từ nguyên liệu
nguồn (raw materials) kinh qua các giai đoạn
như phủ (deposition), tạo mô dạng
(patterning), đóng gói (packaging) và thành
phẩm (finished product) [18]. *
Những polymer bán dẫn như của nhóm Zhang [14] và nhóm Li [15] đã thỏa mãn những điều kiện cần thiết như tính hòa tan, không thoái hóa trong không khí và có độ bền cơ tính thích hợp. Như vậy, chúng đã sẵn sàng cho các thiết bị điện tử đầu tiên dùng transistor polymer bán dẫn. Transistor phim mỏng từ polymer bán dẫn có thể thay thế transisitor silicon ở những ứng dụng không cần sự ứng đáp cực nhanh và mật độ transistor thật cao, chẳng hạn như thẻ nhận dạng (ID card), mạch transistor hỗ trợ cho pa-nô LED dùng cho màng hình cỡ lớn.
Transistor hữu cơ là một lĩnh vực thu hút cộng đồng nghiên cứu hàn lâm cũng như doanh nghiệp từ những năm của thập niên 80 của thế kỷ trước. Trong một thập niên qua đã có nhiều khám phá chẳng hạn như vai trò của phân tử lượng trong việc bắc cầu những "hòn đảo" và việc tối ưu hóa khoảng cách giữa hai polymer đều nhằm nâng cao độ di động. Công trình của nhóm Li là một thí dụ cho thấy vai trò quan trọng của lý thuyết trong việc thiết kế một polymer bán dẫn thích hợp, dù rằng nó chỉ là một mô hình tính toán đơn giản phụ trợ cho việc tổng hợp polymer. Những bước triển khai này đã mang đến những câu trả lời thích đáng, làm sáng tỏ được phần nào sự liên hệ bán định lượng giữa cấu trúc phân tử và đặc tính điện tử. Cấu trúc bán kết tinh của polymer, một hỗn hợp mù mờ giữa vô định hình và tinh thể, là nguyên nhân của sự thiếu vắng một lý thuyết rạch ròi bao trùm. Trên phương diện chế tạo, độ tinh khiết của polymer là một yếu tố quan trọng hàng đầu. Tuy không có sự đòi hỏi gần như tuyệt đối của độ tinh chất như silicon, nhưng chỉ cần 1 ppm (part per million, phần triệu) chất tạp trong polymer cũng đủ để làm đảo lộn sự di động của hạt tải điện và giảm chức năng của thiết bị [12]. Cuối cùng, phương pháp in phun đòi hỏi polymer phải hòa tan hay trở thành dung dịch keo (colloids) trong một dung môi thích hợp thân thiện với môi trường cho việc sản xuất đại trà.
Mặc
dù độ di động của polymer bán
dẫn (10 cm
2/V.s) vẫn còn rất thấp
so với silicon (1.400 cm 2/V.s), nhưng hiện
nay không ai kỳ vọng transistor hữu cơ
sẽ thay thế transistor silicon cho các thiết
bị cao cấp như máy tính. Phương
pháp khắc mòn li-tô quang chế tạo
transistor silicon càng ngày càng tinh vi nhưng
chi phí sản xuất cũng gia tăng. Vì
vậy, chế tạo transistor polymer bằng phương
pháp in phun là điểm cực kỳ hấp
dẫn đối với doanh nghiệp. Nó vừa
có giá thành thấp vừa có thể
in trên tất cả mọi chất nền từ
plastic, gốm sứ đến kim loại. Vì
transistor chế tạo bằng in phun trên plastic
như polyimide hay PET
(vật liệu dùng làm chai nước
ngọt) nên được gọi là
transistor phim mỏng. Đây là một sản
phẩm mới. Khi phương pháp in phun được
kết hợp với máy quay cuộn
(roll-to-roll) (Hình 6) ở nhiệt độ bình
thường thì transistor có thể sản
xuất đại trà như in giấy báo.
Transistor là một linh kiện cơ bản của mọi thiết bị điện tử. Khi nó được chế tạo như in giấy báo cho một ứng dụng được ưa thích bởi giới tiêu dùng thì cuộc cách mạng "plastic điện tử" sẽ có cơ hội bùng nổ.
**3.
Pin mặt trời hữu cơ**
*3.1
Tại sao cần nghiên cứu pin mặt trời
hữu cơ?*
Vào năm 1839, một nhà vật lý người Pháp trẻ tuổi, Alexandre Becquerel, đã quan sát được hiện tượng chuyển hoán quang điện mà ngày nay có tên tiếng Anh là "photovoltaic". Cách đây hơn 100 năm, Einstein đã giải thích được hiệu ứng quang điện, một cơ chế biến quang năng thành điện năng trong một số vật liệu cảm quang. Ông nhận giải Nobel (1921) cho sự khám phá độc đáo này. Ngày nay, những pa-nô pin mặt trời xuất hiện khắp nơi từ đến các siêu đô thị đến những vùng xa xôi, hẻo lánh. Sự hiện diện của pin mặt trời đã làm giảm gánh nặng việc cung cấp điện lực bằng than, giảm ô nhiễm môi trường, giảm giá tiêu thụ điện và đem lại ánh sáng đến mọi ngõ ngách trên quả đất này. Mặc dù có những ảnh hưởng to lớn đến sinh hoạt con người, pin mặt trời mà điển hình là pin silicon có trị giá thương phẩm là 100 tỷ đô la (2014) nhưng chỉ thỏa mãn 1 % nhu cầu điện năng của thế giới. Như vậy, pin mặt trời còn rất nhiều lĩnh vực cần được nghiên cứu để đáp ứng nhu cầu và gia tăng thị phần.
*Hình
7: Pin mặt trời hữu
cơ in trên chất
nền plastic
(Nguồn: Google)*
Trên phương diện vật liệu, các hợp chất hữu cơ như polymer, tinh thể (oligomer) nối liên hợp hay phân tử thuốc nhuộm (dye molecule) đang được sử dụng trong pin mặt trời như một lựa chọn khác thay cho silicon và các chất bán dẫn vô cơ. Các hợp chất hữu cơ không cần phải có độ tinh khiết gần như tuyệt đối như silicon, không cần phải qua một quá trình chế tạo tốn kém như pin mặt trời silicon mà chỉ cần phủ lên điện cực pin bằng in phun hay bốc hơi chân không. Một đặc điểm khác giống như transistor hữu cơ mà pin vô cơ không có là pin mặt trời hữu cơ có thể được chế tạo trên chất nền mềm plastic. Chất nền là plastic và vật liệu kích hoạt chuyển hoán quang điện cũng là plastic. Pin mặt trời tương lai có thể là toàn plastic, nên có biệt danh là "pin plastic" (Hình 7). Sự mềm dẻo của plastic và của hợp chất hữu cơ trong pin cho sản phẩm một lợi thế với nhiều tiềm năng ứng dụng chưa từng có. Nhưng, pin hữu cơ có nhiều bất lợi so với pin vô cơ trên nhiều phương diện. Những bất lợi này là một thử thách lớn nhưng cũng là lý do tồn tại của các công trình nghiên cứu trong ba thập niên qua.
Cho đến năm 2012, đã có 13.000 bài báo cáo và hơn 15.000 cá nhân đã tham gia vào các hoạt nghiên cứu pin hữu cơ [19]. Pin polymer tiêu biểu P3HT/PCBM, hỗn hợp giữa polymer bán dẫn P3HT và chất dẫn xuất của quả bóng fullerene, đã có gần 600 bài báo cáo [19]. Bảng 1 cho thấy chi phí sản xuất của pin mặt trời hữu cơ thấp nhất trong các loại năng lượng. Yếu tố độc nhất này là một động lực chính cho tất cả công trình nghiên cứu pin mặt trời hữu cơ trên toàn thế giới.
Bảng 1: Phí tổn tạo điện của các nguyên liệu khác nhau [20]
|Nguyên liệu||Phí tổn để tạo 1 kiloWatt điện|
|Than||US $ 1.300|
|Hạt nhân||US $ 8.000 – 9.000|
|Pin mặt trời silicon||US $ 2.000 – 3.000|
|Pin mặt trời hữu cơ||US $ 1|
*3.2
Vật liệu cho pin *
Từ những thí nghiệm trong phòng nghiên cứu tìm kiếm vật liệu tối ưu và thiết lập các thiết bị sản xuất đại trà giá rẻ, ngày nay pin hữu cơ, nhất là pin polymer nối liên hợp, đã tiến đến gần việc thương mại hóa. Vì sự đa dạng của pin hữu cơ, bài viết chỉ tập trung vào vật liệu chính được khảo sát nhiều nhất và tiềm năng thương mại cao nhất: polymer nối liên hợp. Khi độ dẫn của polymer nối liên hợp được điều chỉnh trong vùng bán dẫn, những ứng dụng điện tử của các chất bán dẫn vô cơ điển hình là silicon sẽ được tái hiện bằng polymer bán dẫn. Người viết đã tái hiện đặc tính quang điện của silicon bằng phim PPy bán dẫn để chế tạo bộ cảm ứng quang học [21]. PPy cũng có thể dùng chế tạo pin mặt trời mặc dù hiệu suất rất thấp [22](Phụ lục a).
Cũng
như pin vô cơ, vật liệu của pin hữu
cơ là một hỗn hợp chứa hai chất.
Chất thứ nhất là tinh thể (oligomer)
hay polymer nối liên hợp cung cấp electron
(electron donor; chất p, p: positive, dương). Chất
thứ hai là chất nhận electron (electron
acceptor; chất n, n: negative, âm) như fullerene,
C
60, hay các chất dẫn suất của
fullerene như PCBM (6,6-phenyl-C 61-butyric acid
methyl) và ICBA (Hình 8). Như đã được
chứng thực bởi thí nghiệm của
người viết, polymer bán dẫn kể cả
polymer của thế hệ thứ nhất như
PPy cũng có thể là vật liệu cho
các ứng dụng điện tử (Phụ
lục a). Tuy nhiên, phần lớn các
polymer của thế hệ thứ nhất là
những polymer vô định hình không
có sự sắp xếp trật tự để
cho các hạt tải điện như electron
(-) hay lỗ (+) có thể di chuyển dễ
dàng. Người ta phải tìm đến
các cấu trúc phân tử có thể
tạo ra những cấu trúc kết tinh với
những "xa lộ" thông thoáng để
hạt tải điện có thể chạy
ngang dọc mà không vấp phải chướng
ngại, chẳng hạn như P3HT, PCPDTBT, PCDTBT
thuộc hệ thiophene, MDMO-PPV, MEH-PPV thuộc hệ
phenyl vinylene (Hình 8). Yêu cầu này cũng
là điều kiện cần của transistor
hữu cơ như đã đề cập ở
trên. Để có vật liệu cho pin,
chất p và chất n được trộn
vào nhau thành một hỗn hợp bằng
cách hòa tan trong một dung môi, xử
lý nhiệt rồi phủ lên điện
cực. Việc pha trộn này không đơn
giản đòi hỏi sự kiên nhẫn,
suy luận, và thậm chí trực cảm.
Chi tiết sẽ được trình bày
ở các phần kế tiếp. *Hình
8: Chất p truyền thống: MEH-PPV, P3HT. Chất p
tiên tiến: PCPDTBT, PSBTBT, PCDTBT. Chất n: PCBM,
ICBA [23]. *
Tia sáng mặt trời là những luồng hạt photon (quang tử). Khi photo chạm vào polymer (chất p) trong pin thì nó sẽ đánh bật electron ra khỏi polymer. Polymer sẽ có một lỗ trống tạo ra cặp đôi lỗ/electron, electron tích điện âm và lỗ tích điện dương. Gọi là "đánh bật" nhưng electron (-) vẫn còn "dính" vào lỗ (+) do lực hút tĩnh điện tạo ra cặp đôi mang tích điện dương/âm (+/-). Cặp đôi này còn gọi là exciton. Để có dòng điện, cặp đôi (+/-) phải được tách rời trở thành electron và lỗ tự do tại mặt tiếp giáp giữa chất p và n, gọi là mặt tiếp giáp dị chất (hetero-junction) (Hình 9). Sau khi phân ly lỗ (+) đi vào chất p, electron (-) đi vào chất n di chuyển đến cực âm theo đường dây điện hướng về cực dương tạo ra dòng điện.
(+/-) \(\Rightarrow\) (+) (-)
*Hình
9: Cặp đôi (+/-) tách rời tại mặt
tiếp giáp
cho ra electron (-) và lỗ (+) tự
do để tạo ra dòng điện.*
Trong pin hữu cơ, hỗn hợp P3HT/PCMB là một trong những hỗn hợp cơ bản và phổ biến có tiềm năng sản xuất lớn. PCMB là chất dẫn xuất của fullerene có thể hòa tan trong dung môi và hấp dẫn electron mạnh hơn fullerene. Ngày nay, hỗn hợp P3HT/PCMB trở thành một chuẩn mực so sánh trong việc triển khai các pin hữu cơ khác.
*3.3
Gia tăng hiệu suất*
Hiệu
suất là tất cả đối với pin
mặt trời. Các công trình nghiên
cứu pin mặt trời phần lớn tập
trung vào việc gia tăng hiệu suất
chuyển hoán quang năng thành điện năng. Những tấm
pa-nô pin mặt trời silicon gắn trên mái
nhà có hiệu suất 10 – 15%. Phần
còn lại (85 – 90 %) của năng lượng
mặt trời thì chỉ để
*"gởi
gió cho mây ngàn bay"*. Dù pin
silicon đã là một sản phẩm
trưởng thành, nhưng việc gia tăng
hiệu suất để đạt đến con
số lý thuyết (~ 30 %) và giảm chi phí
sản xuất vẫn là một hoạt động
nghiên cứu náo nhiệt của cộng
đồng pin mặt trời [24]. So với pin
silicon, hiệu suất chuyển hoán của pin
hữu cơ còn rất khiêm tốn. Nhưng
để thành thương phẩm hiệu
suất cần phải được gia tăng.
Trong thời gian 20 năm từ năm 1980 đến
2000, hiệu suất của pin mặt trời hữu
cơ bao gồm tinh thể và polymer nối liên
hợp bập bềnh trong khoảng 0,5 % đến
1 %. Con số này chưa có thể nói
đến ứng dụng thực tiễn.
Các nhà khoa học trước hết phải tìm hiểu nguyên nhân tại sao hiệu suất của pin hữu cơ chỉ là những con số đầy bi quan. Do bản chất của vật liệu hữu cơ, người ta tính được năng lượng kết hợp tĩnh điện giữa electron (-) và lỗ (+) của cặp đôi (+/-) trong khoảng 0,1 – 1,4 eV (electron volt), vài trăm đến ngàn lần lớn hơn so với các chất vô cơ như silicon chỉ là vài mili-electron volt [25]. Trong môi trường hữu cơ, cặp đôi (+/-) có nhiều tình sâu nghĩa nặng không muốn rời nhau như trong môi trường vô cơ. Nên việc tách rời cặp "uyên ương" lỗ/electron không dễ dàng như trong silicon. Vì vậy, khác với pin silicon, pin hữu cơ cần một chất n như quả bóng fullerene hay các chất dẫn xuất fullerene có sức kéo electron mạnh để chiến thắng lực hút tĩnh điện (+) (-) tạo điều kiện dễ dàng cho việc phân ly.
Trong 10 năm kế tiếp (2000 - 2010), những công trình nghiên cứu tập trung vào việc tách rời lỗ và electron và ngăn chặn sự tái kết hợp (recombination) của cặp "uyên ương" này. Phải khách quan nhìn nhận rằng ngay từ bản chất của vật liệu làm nên pin, pin hữu cơ đã có nhiều bất lợi kỹ thuật khi so với pin silicon. Vì vậy, mục tiêu của các nhóm nghiên cứu pin hữu cơ trong hai thập niên qua là khắc phục những thất thế bẩm sinh nhằm gia tăng hiệu suất chuyển hoán. Đó là (1) việc cải tiến chất p bằng cách tổng hợp hàng loạt polymer có năng lượng vùng cấm nhỏ, (2) việc cải tiến chất n bằng cách gắn các nhóm chức năng lên bề mặt quả bóng fullerene để gia tăng sức kéo electron, (3) phương pháp gia tăng độ hòa tan hay chế tạo chất keo nano của hỗn hợp chất p và n để làm "mực" cho phương pháp in phun và (4) việc thiết kế cấu hình vi mô (morphology) để cho việc phân ly cặp đôi (+/-) có thể xảy ra dễ dàng. Kết quả là hiệu suất chuyển hoán được gia tăng một cách ngoạn mục từ 1 % đến 8 %.
Năng lượng vùng cấm là khoảng cách giữa dải hóa trị và dải dẫn điện quyết định lượng photon ánh sáng mặt trời được hấp thụ biến thành điện năng. Các polymer bán dẫn thường có năng lượng vùng cấm khá cao khoảng 1,9 – 2 eV trong khi nguyên tố silicon chỉ là 1,1 eV. P3HT là một chất p quan trọng có năng lượng vùng cấm là 1,9 eV. Như đã biết, quang phổ mặt trời bao trùm tia hồng ngoại, ánh sáng thấy được và tia tử ngoại. Bức xạ mặt trời chứa photon có năng lượng thấp (tia hồng ngoại) đến photon có năng lượng cao (tia tử ngoại). Khi photon bắn vào chất p thì electron ở dải hóa trị của chất p bị "đánh bật" để nhảy lên dải dẫn điện. Vì vậy, photon phải có năng lượng cao hơn hay ít nhất bằng năng lượng vùng cấm của chất p để hiện tượng này xảy ra. Silicon có năng lượng vùng cấm thấp (1,1 eV) nên hấp thụ hơn 70 % photon trong khi P3HT (1,9 eV) chỉ có thể hấp thụ 23 % photon (Phụ lục b).
Vì lý do này, polymer có năng lượng vùng cấm thấp đã được ráo riết tổng hợp trở thành một nhánh nghiên cứu quan trọng trong pin hữu cơ [26-27]. PCPDTPT, PCDTPT (Hình 8) là các polymer hòa tan trong dung môi và có năng lượng vùng cấm ở trị số 1,2 – 1,4 eV rất gần với silicon. Những polymer này đánh dấu sự thành công của hóa tổng hợp dựa theo các mô hình của hóa lượng tử tiên đoán sự liên hệ giữa cấu trúc nguyên tử và vùng cấm. Chúng là những polymer quan trọng trong các pin hữu cơ hai tầng (tandem) hay đa tầng với hiệu suất chuyển hoán đã vượt hơn 10 % và tiến đến 15 % [28-29]. Về chất n, các hoạt động cải biến bề mặt của quả bóng fullerene bằng cách gắn các nhóm chức năng khác nhau nhằm "lôi kéo" electron hữu hiệu hơn trong việc tách rời cặp đôi lỗ/electron (+/-) cũng diễn ra rất sôi động (Hình 8) [30].
Sau khi có hỗn hợp chất p và chất n, photon của ánh sáng mặt trời sẽ tạo ra vô số cặp đôi (+/-) và chúng cần được phân ly tối đa. Cặp đôi (+/-) di động bằng sự khuyến tán tự nhiên cho đến khi chạm đến mặt tiếp giáp của hai chất thì sự phân ly xảy ra. Giống như chiếc thuyền trôi nổi theo dòng nước cho đến khi chạm bờ. Tuy nhiên, cặp đôi chỉ có thể khuếch tán trong khoảng 10 - 20 nm, rồi ngưng. Như vậy, chỉ có những cặp đôi cách mặt tiếp giáp 10 - 20 nm mới có thể chạm bờ để cuộc phân ly xảy ra. Suy diễn xa hơn, cấu hình vi mô (morphology) của hỗn hợp polymer/fullerene phải có khoảng không gian nhỏ hơn độ dài khuếch tán để tất cả cặp đôi đều có thể di động đến mặt tiếp giáp. Trong Phụ lục a, kết quả thực nghiệm (Hình P1) cho thấy vùng trên hay rất gần đường ranh tiếp giáp mới tạo ra điện áp cao nhất.
Nếu bề mặt tiếp giáp chỉ là một mặt phẳng do chất p (polymer) và chất n (fullerene) chồng lên nhau như thiết kế của pin silicon thì bề dày của chúng phải trong khoảng 10 – 20 nm (Hình 10a), quá mỏng cho pin mặt trời. Để vật liệu pin hấp thụ tia sáng mặt trời một cách hiệu quả độ dày phải là 100 - 200 nm. Như vậy, để có độ dày tối ưu và bề mặt tiếp giáp tối đa, không có phương pháp nào khác hơn là pha trộn hỗn hợp chất p và chất n. Sự pha trộn tạo ra những cấu hình vi mô khác nhau tạo ra bề mặt tiếp giáp gọi là tiếp giáp dị chất cụm (bulk hetero-junction). Dị chất là chất khác nhau (p và n). Cụm là những hòn đảo, bán đảo của chất p và n đan xen vào nhau (Hình 10b). Một pha trộn đơn giản hơi ngẫu hứng để tạo ra mặt tiếp giáp cụm cũng đủ để gia tăng hiệu suất chuyển hoán tăng lên 10 lần so với mặt tiếp giáp phẳng [31]. Dĩ nhiên, sự pha trộn cần phải được điều chỉnh để những cụm phân ly thành một cấu hình tối ưu. Kích cỡ, hình dạng của những cụm này tạo ra các cấu hình vi mô khác nhau được quyết định bởi dung môi và xử lý nhiệt sau pha trộn. Dung môi khác nhau sẽ tạo ra sự phân ly tướng (phase separation) khác nhau. Phân ly tướng và xử lý nhiệt tạo ra các cấu hình khác nhau (Hình 10b và 11) sao cho độ lớn cụm phải nhỏ hơn độ dài khuếch tán (10 - 20 nm) để gia tăng tối đa xác suất cặp đôi (+/-) chạm bờ tiếp giáp. Sự phân ly tướng là một quá trình cấp nanomét. Hình 10c và 12 là cấu hình lý tưởng cho pin hữu cơ.
(a) (b) (c)
*Hình
10: Các cấu hình của pin mặt trời
hữu cơ, 1 và 2 là điện cực.
(a) Mặt tiếp giáp phẳng đơn giản
giữa chất p và chất n, (b) Phân ly
tướng tạo nên bề mặt tiếp
giáp cụm và (c) Bề mặt tiếp
giáp lý tưởng (Nguồn: Google).* *Hình
11: Chi tiết của bề mặt tiếp giáp
cụm. Pin có
độ dày ~100 nm và
đường kính của cụm là ~20
nm [23].* *Hình
12: Chi tiết của bề mặt tiếp giáp
lý tưởng hình nan lược.
Đường
kính ống là 20 nm. Ảnh nhỏ: sự
phân ly xảy ra ở mặt tiếp giáp
(Nguồn: Google).*
Việc thiết kế cấu hình vi mô là truyện dài nhiều tập, khác nhau cho từng hỗn hợp vật liệu pin nhưng chúng có hai điểm chính. Thứ nhất, cách pha trộn các hỗn hợp chất p và chất n cần một dung môi thích hợp và xử lý nhiệt hợp lý để tạo ra một hỗn hợp có cấu hình vi mô tối ưu để cặp đôi lỗ/electron (+/-) có thể dễ dàng tách rời, anh đường anh em đường em. Thứ hai, hóa học hữu cơ có những đóng góp quan trọng không những trong việc gia tăng độ hòa tan của các chất p và chất n cho việc gia công in phun mà còn tạo ra những hiệu ứng cần thiết để nâng cao hiệu sức chuyển hoán.
Cho đến nay, cấu hình của hỗn hợp P3HT/PCBM được khảo sát nhiều nhất [32]. Nhờ vào quá trình pha trộn và xử lý nhiệt, hiệu suất chuyển hoán của hỗn hợp P3HT/PCBM đã được chính thức ghi nhận là 5 - 6 % [33]. Tiếc rằng những điều kiện tối ưu cho việc pha trộn và xử lý nhiệt của hỗn hợp P3HT/PCBM không nhất thiết là quy tắc chung có thể áp dụng cho những hỗn hợp khác. Theo mô hình toán học và cũng từ trực cảm, cấu hình vi mô lý tưởng của hỗn hợp chất p và n có hình hai chiếc lược đan vào nhau với răng lược là những ống có đường kính 10 – 20 nm (Hình 10c và 12). Hình ống như một xa lộ thẳng tắp nhanh chóng giúp hạt tải điện (electron và lỗ) đi về hướng điện cực của mình. Việc tạo hình nan lược với đường kính ống 25 nm đã được thực hiện thành công bằng phương pháp tạo hình nano (nano-imprint) như đổ bánh kẹp [34]. Nhưng phương pháp này chỉ có thể thực hiện cho một hệ thống duy nhất khảo sát trong bài báo cáo.
*3.4
Phương pháp sản xuất*
Transistor và pin mặt trời hữu cơ có những yêu cầu tương tự về đặc tính vật liệu và phương pháp sản xuất, nên những triển khai của hai lĩnh vực này bổ sung cho nhau. Cũng như trong transistor hữu cơ, tinh thể nối liên hợp (oligomer bán dẫn) và polymer bán dẫn là hai ứng viên vật liệu chính cho pin mặt trời. Vật liệu polymer có thể hòa tan trong dung môi và sau đó dùng phương pháp in phun dung dịch polymer để phủ lên chất nền thường là phim plastic mỏng. Vì là phim plastic, nhiều công ty trên thế giới đã triển khai quá trình sản xuất quay cuộn, bắt đầu từ công đoạn in phun dung dịch, tạo hình (pattering) cho đến bao bì và hoàn thành sản phẩm (Hình 6). Nếu vật liệu pin là tinh thể nối liên hợp, tinh thể được phủ bằng phương pháp bốc hơi trong chân không. Một số công ty khác gặt hái nhiều thành công trong kỹ thuật bốc hơi chân không cho pin tinh thể hữu cơ.
Mặc dù phương pháp in phun dung dịch nhanh, đơn giản và ít tốn kém, nhưng số polymer có thể hòa tan trong dung môi có giới hạn. Hơn nữa, polymer có thể hòa tan trong dung môi không gây ô nhiễm lại càng ít. Ngược lại, phương pháp phủ chân không rất thích hợp với một số lớn vật liệu và tạo lớp phủ có độ tinh khiết cao. Ngoài ra, phương pháp chân không còn có thể tạo pin mặt trời đa tầng với những lớp phủ vật liệu khác nhau, nhằm hấp thụ toàn thể quang phổ mặt trời để gia tăng hiệu suất chuyển hoán. Phương pháp dung dịch không cho nhiều thành công như phương pháp phủ chân không trong việc chế tạo pin đa tầng.
Trong khi quá trình sản xuất quay cuộn với phương pháp in phun đang chiếm ưu thế trong việc sản xuất transistor polymer bán dẫn, thì doanh nghiệp pin hữu cơ đang phân vân trước ngã ba đường; sử dụng phương pháp dung dịch hay phương pháp chân không. Phương pháp dung dịch ít tốn kém có thể chế tạo số lượng cao nhưng chất lượng lại kém hơn và hiệu suất chuyển hoán thấp hơn sản phẩm được chế tạo phương pháp chân không. Tuy nhiên, theo các chuyên gia người ta có thể sản xuất pin bằng cả hai phương pháp cùng lúc nhất là khi phải chế tạo pin đa tầng [35].
*3.5
Tiềm năng ứng dụng*
Tại Úc, mặc dù là một quốc gia đất rộng người thưa và tràn ngập những tia sáng mặt trời nhưng nhiều chính trị gia Úc chưa thấy hết tiềm năng của pin mặt trời. Thậm chí, vào năm 2007 Thủ tướng John Howard của đảng Tự Do còn đưa ra đề án dùng năng lượng hạt nhân như là nguồn điện năng tương lai. Đề án này nhanh chóng bị người dân phản đối và các khoa học gia Úc chỉ trích kịch liệt. Nó lặng lẽ ra đi cùng với việc ra đi của ông Howard. Sau này, chính phủ đảng Lao Động thắng cử và chủ trương năng lượng xanh được xem như là một quốc sách. Chính phủ tài trợ cho người dân để cài đặt các pa-nô pin mặt trời silicon trên mái nhà làm nở rộ phong trào sử dụng năng lượng mặt trời. Tuy nhiên, chính phủ Úc vẫn chưa triệt để khai thác pin mặt trời dù đất nước Úc có những vùng sa mạc rộng lớn hoang vu hứng những tia photon mặt trời gần như bất tận.
Trên lĩnh vực nghiên cứu, các đại học và cơ quan nghiên cứu Úc đã có những thành công to lớn ở tầm cỡ quốc tế. Nhóm của giáo sư Martin Green tại Đại học New South Wales đã nghiên cứu pin mặt trời silicon hai thập niên qua, mang đến những tri thức hàn lâm và thành quả cụ thể trong ứng dụng. Tại tiểu bang Victoria, một trung tâm nghiên cứu pin mặt trời hữu cơ (Trung tâm VICOSV) bao gồm Đại học Melbourne, Đại học Monash, cơ quan nghiên cứu quốc gia CSIRO, công ty BlueScope Steel đã được thiết lập dưới sự tài trợ của chính phủ bang Victoria. BlueScope Steel là một trong những công ty sản xuất mái tôn thép lớn nhất thế giới. Vật liệu chính của pin là polymer bán dẫn và những phân tử thuốc nhuộm cảm quang có cấu tạo giống phân tử giống như diệp lục tố (chlorophill) trong lá cây. Trung tâm đã triển khai các phương pháp in điện cực, vật liệu pin trên các chất nền mỏng như plastic, thủy tinh và kim loại. Chất nền plastic, như đã đề cập, là điều kiện cần cho các dụng cụ điện tử mềm. Chất nền thủy tinh sẽ mở ra thị trường cho kính cửa sổ pin mặt trời. Sự tham gia của công ty BlueScope Steel cho thấy công ty này đang hướng đến việc sản xuất mái tôn thép tương lai với chức năng vừa che mưa nắng vừa là nguồn phát điện pin mặt trời. Có lẽ, đây là một thử thách lớn của Trung tâm. Hiện nay, mái tôn có tuổi thọ là 20 năm. Vật liệu pin mặt trời phủ trên mái tôn phải có tuổi thọ tương đương để có một sản phẩm hoàn chỉnh. Một tiềm năng khác xa hơn trong tương lai là phủ pin mặt trời hữu cơ lên bề mặt thân xe hơi. Lúc đó, con người sẽ có xe hybrid chạy xăng, pin mặt trời và pin ắc quy.
Mặt khác, nhóm nghiên cứu của giáo sư Paul Dastoor (Đại học Newcastle) triển khai pin hữu cơ từ polymer nối liên hợp và fullerene, có lẽ thuộc hệ P3HT/PCBM. Nhóm này tiến thêm một bước vượt qua phương pháp in phun bằng cách tạo ra một hỗn hợp polymer/fullerene ở dạng huyền phù nano tạo ra sơn nước có thể sơn trực tiếp lên một chất nền như mái nhà [36]. Sơn nước là một bước tiến xa so với hỗn hợp hòa tan trong dung môi. Sản xuất đại trà cần nước để tránh ô nhiễm môi trường và những tác hại đến sức khỏe cộng đồng. Trong một chương trình khoa học của đài truyền hình quốc gia Úc ABC [37], giáo sư Dastoor tuyên bố là sơn nước của nhóm ông có hiệu suất chuyển hoán là 5 - 6 %, giá rẻ hơn so với pin silicon và có tuổi thọ 7 năm. Ông còn "quảng cáo" là pin hữu cơ của nhóm vẫn thoải mái hấp thụ ánh sáng của mặt trăng về đêm. Thật ra, đây không phải là điều mới lạ. Người ta đã biết pin silicon không hấp thụ ánh sáng khi cường độ ánh sáng bị giảm đến một giới hạn nhất định. Ngược lại, pin hữu cơ hấp thụ tia sáng đến từ mọi góc kể cả ánh sáng khuếch tán.
Cả hai nhóm đều nhắm đến một thương phẩm thành công với ba điều kiện, (1) chi phí thấp, (2) hiệu suất chuyển hoán lớn và (3) tuổi thọ dài. So với pin vô cơ, pin hữu cơ chỉ thỏa mãn điều kiện (1). Thương phẩm pin silicon hiện được dùng trên mái nhà đã có hiệu suất 10 - 15 %. Như đã đề cập, pin P3HT/PCBM có hiệu suất 5 % và hiện nay trong nhiều báo cáo pin thuộc hệ polymer/fullerene đã tiến 8 %, đặc biệt pin hai tầng (tandem cell) chứa hai polymer có năng lượng vùng cấm cao thấp khác nhau đã đạt đến 10,6 % [38]. Chiều hướng này chỉ rõ việc tiến đến 10 - 15 % chỉ là vấn đề thời gian. Quả thật, trong những năm gần đây (2014 – 2015) các bài báo cáo đã liên tục ghi nhận trị số của hiệu suất đã vượt qua ngưỡng 10% cho các loại pin polymer có năng lượng vùng cấm thấp và pin hai tầng đang tiến tới 15 % [39-40]. Như vậy, hiệu suất của pin polymer đã chạm vào khu vực mà pin silicon đã tung hoành từ nhiều năm qua.
Nhưng
tại sao vẫn chưa có pin polymer xuất
hiện trên thị trường? Lý do chính
là những con số này phần lớn
chỉ dựa trên mẫu thí nghiệm có
diện tích vài milimét vuông, chưa
có tiềm năng ứng dụng. Khi bề mặt
pin gia tăng đến centimét vuông (cm
2)
thì hiệu suất giảm. Hiệu suất
tiếp tục giảm khi diện tích tăng
đến vài trăm cm 2 hay 1 m 2,
độ lớn cần thiết cho một thương
phẩm. Ngoài ra, trong phòng thí nghiệm
phần lớn hỗn hợp chất p và chất
n của vật liệu pin thường được
phủ lên chất nền bằng phương
pháp phủ quay (spin coating). Phương pháp
này tạo ra lớp phủ đồng nhất
nhưng rất tốn kém chỉ thích hợp
làm những mẫu nhỏ thực nghiệm.
Việc chế tạo mẫu có kích cỡ
lớn vài trăm cm 2 bằng phương
pháp in phun nhanh gọn và chi phí thấp
trong sản xuất quay cuộn chỉ chiếm 0,5
% trong các công trình nghiên cứu
[19]. Dù được tuyên dương là
phương pháp chế tạo có chi phí
thấp nhất (Bảng 1), sử dụng phương
pháp quay cuộn để chế tạo sản
phẩm có kích cỡ vài trăm cm 2
đã khiến cho hiệu suất chuyển
hoán giảm đi một cách thảm hại.
Thí dụ, hiệu suất của pin P3HT/PCBM có
diện tích 30 x 30 cm 2 giảm từ 5 %
chỉ còn 1 % [20]. Trong nỗ lực triển
khai sản xuất đại trà, một nhóm
nghiên cứu tại Đan Mạch [41] đã
thực hiện một công trình phủ pin
P3HT/PCBM lên chất nền PET bằng quá
trình quay cuộn ở nhiệt độ bình
thường, đạt được hiệu
suất chuyển hoán 2,1 % cho bề mặt 120
cm 2. Nguyên nhân làm giảm hiệu
suất khi diện tích pin gia tăng tùy
vào nhiều yếu tố và còn đang
được khảo sát.
Phải
chăng phương pháp in phun chỉ là
một chiêu "treo đầu heo bán cháo
cá" của giới hàn lâm trong việc
truy lùng kinh phí nghiên cứu? Trong 20 năm
qua, cộng đồng nghiên cứu pin hữu
cơ mải mê chạy đua trong việc nâng
cao hiệu suất chuyển hoán qua nhiều
công trình xuất sắc như cải tiến
chất p, chất n, tạo ra hỗn hợp p-n có
cấu hình tối ưu cho việc phân ly
cặp đôi (+/-). Khuynh hướng nghiên
cứu này cho ra quá nhiều vật liệu
khiến cho doanh nghiệp không thể "đóng
chốt" vào một vật liệu sẵn
sàng cho việc thực dụng hóa. Mặt
khác, việc biến các dữ liệu thí
nghiệm thành thương phẩm đáng
lý phải được chú trọng, như
việc chế tạo những pa-nô vài
trăm cm
2 bằng phương pháp in
phun và quay cuộn mà vẫn duy trì
được hiệu suất chuyển hoán,
thì lại bị bỏ quên. Trung tâm
VICOSV tại tiểu bang Victoria (Úc) đã
dành nhiều thời gian và nhân lực
vào việc khảo sát phương pháp
in phun, quay cuộn cho sản xuất lớn. Đây
là một hướng đi đúng nhưng
cần phải có một nỗ lực toàn
cầu để tìm một chỗ đứng
cho pin hữu cơ trong lĩnh vực năng lượng
tái sinh.
Trong bài phân tích về hiện trạng của pin mặt trời hữu cơ dựa trên 13.000 bài báo cáo cho đến năm 2013, Jørgensen và các cộng sự [19] đưa ra một góc nhìn khách quan nhưng đượm chút bi quan. Rằng là, pin mặt trời vẫn còn rất chông chênh, chưa đạt đến trình độ thương phẩm khả dĩ thách thức pin silicon vì các lý do trên. Bài báo cáo kết luận rằng pin mặt trời hữu cơ cần được kết hợp vào mạng lưới phân bố điện như pin silicon để có một ứng dụng rộng khắp. Nếu không, chúng là một ngành khoa học thú vị chỉ thỏa mãn nhu cầu giáo dục cho các học viện nghiên cứu hàn lâm [19].
*3.6
Những trở ngại và ưu điểm *
Nhưng, bài phân tích của Jørgensen và các cộng sự chỉ nhìn từ góc độ độc nhất với mục đích thay thế vật liệu vô cơ bằng vật liệu hữu cơ trong pin mặt trời. Thực tế cho thấy pin hữu cơ vẫn chưa có thể thay thế với pin silicon để trở thành mạng phát điện cài đặt trên mỗi nóc nhà như nhóm Dastoor kỳ vọng. Pin silicon vẫn là thiết bị chủ lưu của thế kỷ 21 với những cải tiến kỹ thuật và chi phí sản xuất càng ngày càng thấp [24, 42]. Tránh voi có xấu mặt nào, doanh thương có một cách nhìn khác là ở thời điểm hiện tại pin hữu cơ không cần thiết phải chen chân đối đầu với pin silicon mà nên khai thác tiềm năng, đặc tính vốn có cho những ứng dụng mới. Cho nên chúng không cần phải cạnh tranh với pin silicon và lấn chiếm thị trường của các loại pin mặt trời vô cơ truyền thống. Pin hữu cơ đang tạo dựng một thị phần riêng cho mình với những ứng dụng tiêu biểu của thiết bị điện tử "mềm" với những đặc tính mà pin mặt trời silicon không có như khả năng bẻ cong, nhiều kích cỡ, nhiều hình dạng. Một đặc tính quan trọng khác của pin hữu cơ là hiệu suất chuyển hoán không phụ thuộc nhiều vào góc tới của tia sáng. Ngược lại, hiệu suất của pin silicon giảm nhanh khi góc tới của tia sáng không còn thẳng góc với bề mặt pin. Đặc tính ít phụ thuộc vào góc tới cho pin hữu cơ một ứng dụng độc đáo là pin có theo treo thẳng đứng hay dán vào cửa sổ mà không sợ hiệu suất giảm như pin silicon.
Ngoài ra, pin hữu cơ sẽ có nhiều ứng dụng mới nhờ vào sự mềm dẻo của sản phẩm. Chẳng hạn, một số công ty đã sản xuất pin mặt trời hữu cơ lồng vào ba-lô để nạp điện cho điện thoại di động hay máy ảnh trong các cuộc hành trình du lịch. Ứng dụng này có thể triển khai cho quân đội trên chiến trường nơi mà năng lượng cho từng cá nhân rất cần thiết. Một sản phẩm khác là biểu tượng (logo) nhỏ có thể được thắp sáng bằng pin mặt trời hữu cơ in lên các bao bì thay thế ảnh toàn ký (hologram) đề phòng ngụy tạo. Những biểu tượng này thường thấy trên các quyển sách hay thẻ tín dụng. Hiện nay, kẻ xấu có thể in ảnh toàn ký giả nhưng không thể ngụy tạo biểu tượng thắp sáng bằng pin. Ngoài ra, các linh kiện điện tử "mềm" có thể tích hợp để tạo một hệ thống vận hành độc lập như thiết bị cảm ứng vô tuyến. Thí dụ, bộ cảm ứng ở dạng transistor hữu cơ phim mỏng, nguồn năng lượng của bộ phận này là pin lithium cũng được in lên phim mỏng, và pin mặt trời hữu cơ hỗ trợ pin lithium cho việc nạp điện. Đây là các bộ phận của một thiết bị cảm ứng vô tuyến được liên kết với nhau và in lên một chất nền plastic (PET, polyimide) mỏng, nhẹ và có thể cuốn tròn, thậm chí kéo giãn.
*Hình
13: Vòng đeo y học (Jawbone UP3) có chức
năng đo nhịp tim, phân tích giấc
ngủ và thu thập những dữ liệu
sức khỏe cá nhân (Nguồn: Google).*
Gần
đây, một bài viết đăng trên
tạp chí
*Time* số tháng 2 năm
2015 [43] cho biết một cuộc cách mạng
đang thành hình trong lĩnh vực sức
khỏe cá nhân mà thiết bị là
cái vòng đeo trên cổ tay. Cuộc
cách mạng này xuất phát từ
những *"app"* khiêm tốn trong các
loại điện thoại thông minh có
chức năng đếm được số
bước đi hay số km chạy bộ. Ngày
nay, các công ty như Apple, Nike, Samsung,
Microsoft, Jawbone tung ra thị trường các
loại vòng đeo sức khỏe có giá
bán từ 100 đến 200 đô la như
đồng hồ đeo tay để kiểm tra và
phân tích thời gian ngủ, nhịp tim, áp
suất máu v.v…(Hình 13). Bộ cảm
ứng là thiết bị trung tâm của
các vòng đeo y học này. Chẳng
hạn, bộ cảm ứng ghi nhận được
sự chuyển động cơ thể để
cho ta biết thời gian ngủ. Bộ cảm ứng
cảm được nhịp tim sẽ được
dùng theo dõi hoạt động của tim
cho những người mắc bịnh tim. Nếu
có nhịp đập bất thường nó
sẽ phát tín hiệu. Tín hiệu có
thể là ánh sáng của đèn
LED hữu cơ hoặc một cái rung như
điện thoại thông minh. Trong ứng dụng
quốc phòng, vòng đeo có thể vừa
là thiết bị theo dõi sức khỏe
của người lính vừa là bộ
cảm ứng phát hiện các khí độc
hay vi-rút từ các vũ khí sinh hóa
học. Cũng theo tạp chí *Time*, những
chiếc vòng đeo y học này hiện là
thiết bị được yêu thích có
mãi lực gia tăng hơn 30% từ 32 triệu
chiếc năm 2013 đến 42 triệu chiếc
năm 2014. Thiết bị điện tử mềm
có thể đáp ứng nhu cầu này.
Một số viện nghiên cứu như Viện
IMEC (Bỉ) đang tận dụng những ưu
điểm của chúng để chế tạo
loại vòng đeo "mềm" kiểm định
nhu cầu sức khỏe cá nhân với giá
rẻ hơn và gia tăng sản lượng
cho đa số quần chúng có mức thu
nhập thấp.
Pin mặt trời hữu cơ có thể là nguồn nạp điện cho pin của máy tính cầm tay (calculator), đồng hồ đeo tay. Ngoài chiếc ba lô, pin hữu cơ có thể lồng vào chiếc lều, dán lên quần áo. Pin có thể gắn lên hay cài vào cửa sổ, màn cửa sổ hay tường nhà. Những miếng pin plastic cũng có thể dùng cho vùng sâu vùng xa, trong sa mạc hoang vu, tích điện ngày đêm, ban ngày từ mặt trời, ban đêm từ mặt trăng. Những ứng dụng này có thể thực hiện trong vòng 10-15 năm.
**4.
Lời kết: Dự phóng cho tương lai**
Sự phát triển kinh tế, xã hội và môi trường sống tùy thuộc vào việc triển khai các vật liệu tiên tiến có chức năng cao (advanced high performance materials) nhằm phục vụ đời sống con người. Polymer là một trong những vật liệu đó. Chúng đã thay thế những vật liệu truyền thống như kim loại, gốm sứ và vật liệu thiên nhiên như gỗ, da thuộc động vật, tơ tầm, cotton v.v…, âm thầm đem lại những tiện ích cho sinh hoạt con người hơn 70 năm qua. Ngày nay, vải vóc từ tơ sợi polymer không còn là điều mới lạ. Chất phức hợp (composite) polymer dần dần thay thế kim loại như là một vật liệu cấu trúc (structural materials) cho xe hơi, tàu thủy, máy bay. Đặc tính như nhẹ cân, dễ thiết kế, dễ gia công, phương thức chế tạo rẻ là những ưu điểm rất thuận lợi của polymer trong việc chế tạo thương phẩm. Con người càng ngày càng tùy thuộc vào vật liệu polymer trên nhiều phương diện, trừ lĩnh vực điện và điện tử. Cho đến ngày nay, lĩnh vực này là vẫn thành lũy của kim loại và chất bán dẫn vô cơ.
Nhưng khả năng tổng hợp các polymer nối liên hợp với độ dẫn điện được điều chỉnh từ kim loại, chất bán dẫn đến chất cách điện đã làm thay đổi luật chơi trong các thiết bị điện tử. Cũng như việc triển khai các ý tưởng khoa học thành sản phẩm thực dụng, polymer nối liên hợp đã có những bước thăng trầm. Những thất bại trong các ứng dụng về pin nạp điện, siêu tụ điện, chống ăn mòn của polymer dẫn điện thế hệ thứ nhất đã đem lại nhiều hoài nghi đối với cộng đồng nghiên cứu khoa học. Một số nhà nghiên cứu đã quay lưng đi tìm niềm vui mới, doanh nghiệp ngừng sản xuất thương phẩm của polymer dẫn điện. Nhưng giải Nobel Hóa học (2000) của polymer dẫn điện thổi bùng dậy những ngọn lửa èo uột trong đóng tro tàn để làm một cuộc hành trình mới nhằm khắc phục nhược điểm về tính bền và độ hòa tan. Nếu không có hai đặc điểm này thì polymer nối liên hợp chỉ là một vật liệu hàn lâm để thỏa mãn sự tò mò tri thức.
Sự xuất hiện của "plastic điện tử" là một thành tựu to lớn của hóa học hữu cơ và hóa học lượng tử. Hóa học lượng tử tạo ra những mô hình toán để thiết lập sự liên hệ giữa cấu trúc hóa học và đặc tính điện tử. Từ những dự đoán lý thuyết, hóa học hữu cơ tổng hợp các polymer bán dẫn có đặc tính "theo nhu cầu". Nhu cầu này là những linh kiện và thiết bị điện tử, đặc biệt là transistor và pin mặt trời mà vật liệu bán dẫn vô cơ silicon đã thống lĩnh thị trường từ hơn nửa thế kỷ qua. Đây là nhu cầu to lớn mang lại rất nhiều lợi nhuận nhưng cần phải vượt qua những thách thức kỹ thuật. Trong cơn xoáy này, một cuộc chạy đua giữa các nhóm nghiên cứu lại diễn ra nhằm đạt con số cao nhất cho độ di động cho transistor và hiệu suất chuyển hoán cho pin mặt trời.
Xét về mặt kỹ thuật, cấu trúc vô định hình hay bán tinh thể của polymer khiến cho các đặc tính điện tử của polymer bán dẫn không có gì nổi trội khi phải so sánh với silicon, ống than nano hay graphene. Silicon, ống than nano và graphene vốn là những vât chất thuần tinh thể. Vì vậy, độ di động của các vật liệu này to gấp vài ngàn đến vài trăm ngàn lần hơn polymer bán dẫn. Hiệu suất chuyển hoán của silicon trong pin mặt trời to gấp vài mươi lần pin mặt trời polymer bán dẫn. Cấu trúc vô định hình cũng gây ra nhiều rối rắm khi ta muốn tạo ra một mô hình toán học để dự đoán sự liên hệ giữa cấu trúc và đặc tính điện tử. Silicon đã được hiểu tường tận nhờ cấu trúc kết tinh vô cùng trật tự của nó.
Nếu chỉ nhìn vào những yếu kém này thì polymer bán dẫn đáng được cho vào sọt rác! Nhưng, những ưu điểm của polymer như nhẹ cân, dễ gia công, đặc tính "mềm dẻo" và khả năng sản xuất với chi phí thấp bằng kỹ thuật phủ in phun là những yếu tố cực kỳ quan trọng cho nền sản xuất lớn. Transistor phim mỏng là một khái niệm mới. Sản xuất các linh kiện và thiết bị điện tử bằng phương pháp in phun quay cuộn như in giấy báo cũng là một khái niệm mới. Dù các đặc tính điện tử của polymer bán dẫn chỉ là những con số khiêm tốn nhưng cũng đủ lớn cho nhiều ứng dụng không cần đến vật liệu với những con số khổng lồ. Doanh nghiệp nhận thức rất rõ những ưu điểm này và cũng đã tiên liệu sản phẩm điện tử của tương lai sẽ là những thiết bị gọn nhẹ, có thể cuốn tròn, bẻ cong hay kéo giãn. Hiển nhiên, chỉ có plastic mới thỏa mãn được những điều kiện này.
So với các vật liệu hữu cơ tiên tiến khác như ống than nano hay graphene, polymer bán dẫn tiến nhanh trong các ứng dụng điện tử, đạt đến giai đoạn mẫu thử sẵn sàng cho tiến trình thương phẩm hóa. Từ bản chất, polymer không mang độc tính như ống than nano hay graphene, nhưng trong quá trình sản xuất, dung môi dùng để hòa tan polymer phải là hóa chất không gây độc hại cho cơ thể và làm ô nhiễm môi sinh. Vấn đề này có thể giải quyết, nhưng tiếc rằng vẫn chưa được lưu tâm đúng mức. Các nhà nghiên cứu vẫn mải mê trong một cuộc đua chế tạo những vật liệu mới để giành những số liệu cao nhất. Khi con số của độ di động trong transistor hay hiệu suất chuyển hoán của pin mặt trời càng cao thì cơ hội mang đến kinh phí nghiên cứu càng nhiều, nhưng chúng gần như không đem lại một tác động tích cực nào cho việc thương phẩm hóa. Việc này còn mang đến một hệ lụy khác là ta sẽ có rất nhiều lựa chọn về vật liệu nhưng khi mẫu thương phẩm được chế tạo có kích cỡ lớn hơn mẫu thí nghiệm, nhất là pin mặt trời, thì những đặc tính ưu việt của chúng bỗng trở nên tầm thường.
Người
ta bảo, giữa nghiên cứu cơ bản và
thương phẩm hóa là một "thung
lũng chết". Khi một công trình
nghiên cứu cơ bản đạt được
mục đích với những đột phá
thì nguồn kinh phí cũng cạn kiệt.
Nếu không có chiếc cầu bắt ngang
hai bên bờ vực thì những thành
quả hàn lâm chỉ đổ vào
"thung lũng chết". Chiếc cầu này
chính là sự dấn thân và đầu
tư của doanh nghiệp và sự hỗ trợ
tài chính từ chính phủ để
thiết lập các công ty mới khởi
nghiệp (start-up company) biến những thành
quả hàn lâm thành thương phẩm.
Trong lĩnh vực transistor hữu cơ, kích
cỡ không phải là vấn đề vì
mẫu thí nghiệm và thành phẩm
đều giống nhau về độ lớn.
Nhưng pin mặt trời hữu cơ cần phải
có diện tích ít nhất vài trăm
cm
2
cho các ứng dụng thực tiễn. Phóng
đại kích cỡ từ vài mm 2
trong phòng thí nghiệm đến vài
trăm cm 2
cho thương trường mà pin vẫn duy
trì các đặc tính ưu việt
của kích cỡ nhỏ tự bản thân
cũng là một công trình nghiên
cứu đầy thách thức. Sự dấn
thân của doanh nghiệp là có điều
kiện và chỉ xảy ra khi họ xác
định được nhu cầu của giới
tiêu thụ qua việc nghiên cứu thị
trường và tận dụng được
thành quả hàn lâm tạo ra một
thương phẩm có giá thành thấp.
Thời điểm là một yếu tố
quan trọng khác. Cơ hội lớn sẽ
xuất hiện khi một phát minh xuất sắc
đáp ứng được một nhu cầu
lớn ở đúng thời điểm, không
sớm không chậm.
Hiện
nay, doanh nghiệp đã tìm thấy được
những sản phẩm có kích cỡ nhỏ
vài cm
2
dùng pin hữu cơ rất thích hợp
với các ứng dụng trong lĩnh vực y
tế, gia dụng mà không cần phải
cạnh tranh trực diện với silicon. Mặt
khác, doanh nghiệp cũng đang tập trung
vào việc chế tạo pin P3HT/PCBM có
diện tích vài trăm cm 2
với hiệu suất chuyển hoán 2 % (hiệu
suất của mẫu thí nghiệm vài mm 2
là 5 %). Những tấm phim pin plastic nhẹ cân
có hiệu suất 2 % được sản
xuất với chi phí thấp có khả
năng đáp ứng nhu cầu điện cho
những vùng heo hút của các nước
đang phát triển.
Polymer
nối liên hợp, ống than nano và
graphene là ba vật liệu hữu cơ tiêu
biểu của thế kỷ 21. Chúng cùng
có nhược điểm chung là sự
đa dạng trong ứng dụng. Sự đa dạng
này khiến cho vật liệu hữu cơ
không có một định hướng ứng
dụng nhất định. Như một người
khi có nhiều nghề thì không có
nghề nào đứng vững (Jack of all trades,
master of none). Nói khác đi,
*nhất
nghệ tinh nhất thân vinh*.
Nhược điểm này đưa đến
thất bại trong các ứng dụng của
polymer dẫn điện trong thập niên 80 và
90 của thế kỷ trước và hiện
nay cũng đang là một vấn nạn của
ống than nano và graphene. Nhược điểm
thứ hai là, các vật liệu hữu cơ
cho đến nay được dùng như vật
liệu thay thế cho các vật liệu truyền
thống của các ứng dụng hiện có.
Nhược điểm này thường đưa
đến thất bại khi cái mới không
có gì đặc sắc hơn cái cũ.
Chúng ta không cần phải
sáng tạo lại chiếc bánh xe bằng
một vật liệu mới mà phải dùng
vật liệu mới cho một ứng dụng mới
thích hợp hơn.
Trong
một hội nghị khoa học, một khoa học
gia đã phát biểu
*"Polymer
dẫn điện đã có vài mươi
ngàn bài báo cáo, vài ngàn
đăng ký phát minh, vài mươi
quyển sách, một giải Nobel,
rồi sao nữa..?"*. Một câu nói
đánh tiếng chuông cảnh tỉnh đến
cộng đồng nghiên cứu khoa học về
việc thực dụng hóa những phát
minh trong phòng thí nghiệm. Các nhà
nghiên cứu hàn lâm đã sử
dụng rất nhiều kinh phí hay là tiền
thuế của người dân để sáng
tạo tri thức mới qua những bài báo
cáo và đồng thời cũng để
thỏa mãn sự hiếu kỳ và tăm
tiếng của bản ngã. Nhưng đây
không phải là điểm dừng mà
chỉ là nửa chặng đường của
cuộc hành trình đem đến những
thương phẩm sáng tạo. Khi ống than
nano và graphene còn dậm chân bên này
bờ, thì polymer nối liên hợp đang
vượt qua "thung lũng chết" tiến
sang bên kia bờ mang theo những hành trang
cho việc sản xuất lớn transistor và
pin mặt trời với những ứng dụng
chưa từng có. Trong cao trào sản xuất
các thiết bị điện tử cá
nhân được khởi đầu bằng
chiếc điện thoại thông minh, sự
ham thích của giới tiêu dùng đối
với những sản phẩm điện tử
mới đang vượt đỉnh. *"Rồi
sao nữa..?"*. Plastic điện tử xuất
hiện đúng lúc và polymer nối
liên hợp đã khẳng định được
mình trong lĩnh vực này.
### Trương
Văn Tân
(Viết
trong tiếng nhạc piano êm đềm của
Enrique Chia)
Melbourne,
December 2014 – March 2015
**Phụ
lục**
*a. Pin PPy*
Người viết đã thực hiện một số thực nghiệm dùng phim PPy dẫn điện (2000 S/m) để tạo ra dòng điện bằng ánh sáng mặt trời, ánh sáng bóng đèn, tia tử ngoại và tia hồng ngoại [22]. Một tấm phim PPy có kích cỡ 4 x 50 mm dày 0,1 mm được dùng trong thực nghiệm. Phân nửa tấm phim (dài 25 mm) được nhúng vào dung dịch NaOH (2 M) trong 15 phút. Như vậy, ta có một vật liệu một bên vẫn còn nguyên trạng và một bên được xử lý bởi NaOH với đường ranh ở giữa (Hình P1a). Ta có thể xem đây như là kết hợp giữa chất p và chất n. Thực nghiệm cho thấy bên được xử lý với NaOH cung cấp electron, tạm gọi là p-PPy và bên để nguyên không xử lý nhận electron, tạm gọi là n-PPy.
|
|![]()
|
|![]()
(a) (b)
*Hình
P1: (a) Pin mặt trời làm từ phim PPy, phân
nửa được xử lý bởi
dung dịch NaOH (màu xám), phân
nửa kia không xử lý. (b) Điện
áp được tạo ra khi tia hồng ngoại
quét lên mặt phim và có trị số
cực đại ở tại đường ranh
(điểm zero), d là khoảng cách từ
đường ranh đến những điểm
khác trên mặt phim. *
Một
đèn hồng ngoại phát ra chùm tia
có bước sóng 1,53 - 1,61 μm quét
vào mặt phim n/p-PPy. Hình P1b cho thấy
điện áp được tạo ra mà
trị số cực đại là 1,4 mV khi tia
hồng ngoại chạm vào đường
ranh n/p. Điện áp giảm rất nhanh khi
chùm tia đi lệch ra ngoài đường
ranh. Đường ranh là mặt tiếp xúc
dị chất (hetero-junction). Vì chùm tia có
đường kính 1 mm nên điện áp
tối đa là 180 mV/cm
2.
Ngoài ra, phim n/p-PPy này còn tạo ra điện
áp dưới ánh sáng thấy được
từ bóng đèn, tia tử ngoại và
ánh sáng mặt trời. Có thể nói
rằng, đây là pin cảm quang băng
tần rộng (broadband) từ hồng
ngoại, ánh sáng thấy được
đến tia tử ngoại.
Hiệu suất chuyển hoán của phim rất thấp được phỏng tính <0.01% vì PPy là một polymer vô định hình. Thí nghiệm này đơn giản chỉ mang tính biểu tượng nhưng đưa ra những khái niệm quan trọng: (1) xử lý polymer dẫn điện bằng NaOH, dù chỉ là 15 phút, có thể tạo ra pin mặt trời n/p-PPy, (2) chỉ có những cặp đôi (+/-) (exciton) rất gần đường ranh mới tạo ra điện áp và (3) n/p-PPy cảm quang trên một băng tần rộng không thấy trong pin silicon.
*b. Vùng cấm và pin mặt trời*
Cấu
trúc điện tử của mọi chất
rắn có dải hóa trị (covalent band) và
dải dẫn điện (conducting band). Giữa hai
dải này có một khoảng cách
năng lượng,
*E* ,
gọi là
vùng cấm (bandgap). Độ lớn của
khoảng cách này có đơn vị
là electron-volt (eV) quyết định sự
cách điện, dẫn điện hay bán
dẫn của chất rắn đó. Chất
rắn có vùng cấm lớn hơn 3 eV
được xem là chất cách điện.
Chất dẫn điện (kim loại) có vùng
cấm rất nhỏ hoặc zero. Chất bán
dẫn thông dụng thường trong khoảng
1 đến 2 eV. Photon mang nhiều năng lượng
khác nhau được quyết định bởi
tần số sóng theo công thức, g *E
= h\(\nu\)* *E*
là năng lượng photon, *h* là hằng
số Planck và *\(\nu\)*
là
tần
số sóng.
Khi
photon tác dụng lên vật liệu thì
nó đánh bật electron ra khỏi dải
hóa trị của vật liệu đó.
Chỉ có photon mang năng lượng lớn
hơn năng lượng vùng cấm,
*E \(\leq\) E* ,
thì
mới có khả
năng đánh bật và nâng electron
vào dải dẫn điện. Sự hấp
thụ photon mới xảy ra (Hình P2). Như
vậy, cần phải thiết kế vật liệu
có năng lượng vùng cấm thấp
để có sự hấp thụ tối đa
toàn thể bức xạ mặt trời. g *Hình
P2: Cấu trúc điện tử của chất
rắn và tác động của photon đối
với vật liệu, (1): dải dẫn điện,
(2): dải hóa trị và (3) vùng cấm
(năng lượng E* *g* *).
Khi photo
tác động lên một vật liệu,
hai trường hợp xảy ra, (a): năng lượng
photon E n
\(\geq\) E* *g* *, electron được nâng vào dải dẫn điện, sự hấp thụ photon xảy ra, và (b): khi năng lượng photon* *photon E < E* g, photon không đủ năng lượng nâng electron lên dải dẫn điện, không có sự hấp thụ photon.
**Tài
liệu tham khảo**
-
A. J. Heeger,
*Chem. Soc. Rev.*, **29**(2010) 2345.
-
Thí dụ,
*"Handbook of Conducting Polymers: Conjugated Polymers" 3* *rd* *edition*(Eds. T. A. Skotheim and J. R. Reynolds), CRC Press, London & New York, 2007.
-
D. W. van Krevelen and K. Te Nijenhius,
*"Properties of Polymers" 4* *th* *edition*, Elsevier, Amsterdam, 2009.
-
P. M. Beaujuge and J. M. J. Fréchet,
*JACS*, **133**(2011) 20009.
-
P. M. Beaujuge and J. R. Reynolds,
*Chem. Rev*., **110**(2010) 268.
-
E. Yablonovitch,
*"Electrochromic Adaptive Infrared Camouflage"*, US Army Research Office 2005 (Google).
-
Robert Brooks,
*"Organic Electrochromic Devices for Adaptive Military Camouflage"*, PhD thesis (February 2015), University of South Australia, Australia.
-
T. Dürkop, S. A. Getty, E. Cobas and M. S. Fuhrer,
*Nano Letts.*, **4**(2004) 35.
-
K. Bolotin, K. Sikes, Z. Jiang, M. Klima, G. Fudenberg, J. Hone, P. Kim, H. Stormer,
*Solid State Comms.*, **146**(2008) 351.
-
M. M. Shulaker et al,
*Nature*, **501**(2013) 526.
-
L. Liao and X. Duan,
*Materials Today*, **15**(July-August 2012) 328.
-
H. Dong, X. Fu, J. Liu, Z. Wang and W. Hu,
*Adv. Mater.*, **25**(2013) 6158
-
A. Facchetti,
*Chem. Mater*., **23**(2011) 733.
-
X. Zhang et al,
*Nature Comms*., **4**(2013) Article number:2238 doi:10.1038/ncomms3238.
-
J. Li et al, Scientific Reports,
**2**(2012)
-
R. Noriega et al,
*Nature Mater*., **12**(2013) 1038.
-
V. Podzorov,
*Nature Mater*., **12**(2013) 947.
-
A. Gregg, L. York and M. Strnad,
*"Roll-to-roll manufacturing of flexible displays"*in "Flexible flat panel displays" (ed. G. P. Crawford), Wiley, 2005.
-
M. Jøgensen et al,
*Solar Energy Mater & Solar Cells*, **119**(2013) 84.
-
David Jones,
*"Printed Power: The development of printed organic solar cells in Victoria"*(Google)
-
V.-T. Truong, P. J. McMahon and A. R. Wilson,
*J. Polym. Sci., Polym. Phys.*, **50**(2012) 624.
-
V.-T. Truong, dữ liệu chưa công bố và được ghi nhận vào năm 2005 và 2011.
-
G. Li, R. Zhu and Y. Yang,
*Nature Photonics*, **6**(2012) 153.
-
G. Conibeer,
*Materials Today*, **10**(November 2007) 42.
-
A. C. Mayer,
*Materials Today*, **10**(November 2007) 28.
-
T. Xu and L. Yu,
*Materials Today*, **7**(Jan- Feb 2014) 11.
-
R. Kroon et al,
*Polym. Rev.*, **48**(2008) 531.
-
Y. Yang et al,
*Nature Photonics*, **9**(2015) 190.
-
G. Dennler et al,
*Adv. Mater*., **20**(2008) 579.
-
M. Lenes et al,
*Adv. Mater*., **20**(2008) 2116.
-
G. Yu, J. Gao, J. C. Hummelen, F. Wudl and A. J. Heeger,
*Science*, **70**(1995) 1789.
-
X. Yang and J. Loos,
*Marcromolecules*, **40**(2007) 1353.
-
R. Gaudiana et al,
*Nature Photonics*, **2**(2008) 287.
-
X. He et al,
*Nano Letts.*, **10**(2010) 1302.
-
N. Anscombe,
*Nature Photonic*s, **4**(2010) 608.
-
X. Zhou, W. Belcher and P. Dastoor, Polymers,
**6**(2014) 2832.
-
Youtube, từ khóa: Paul Dastoor, solar cells.
-
J. You et al,
*Nature Comms.*, **4**:1446 (2013), doi: 0.1038/ncomms2411.
-
Y. Liu et al,
*Nature Comms.*, **5**:5293 (2014), doi: 10.1038/ncomms6293.
-
J.-D. Chen et al,
*Adv. Mater.*, **27**(2015) 1035.
-
F. C Krebs, S. A. Gevorgyan and J. Alstrup,
*J. Mater. Chem*., **19**(2009) 5442.
-
R. Singh,
*J. Nanophotonics*, **3**(2009) 032503.
-
Bryan Wasch,
*"Data Mine"*, *Time Magazine*, (February 2015).
Các thao tác trên Tài liệu

Server: Zope/(2.13.26, python 2.7.3, linux2) ZServer/1.1

Content-Language: vi

Via: 1.1 www.diendan.org

Keep-Alive: timeout=5, max=100


markdown:
# Lễ hội, di tích và kinh doanh tâm linh
**LỄ
HỘI, DI TÍCH VÀ “KINH DOANH TÂM
LINH”**
###
**Nguyễn Thị Hậu**
Quốc gia nào dân tộc nào cũng có hệ thống di tích lịch sử văn hóa và lễ hội truyền thống. Đó là kho tàng di sản văn hóa chứa đựng giá trị tinh túy và luôn được gạn lọc những gì không còn phù hợp với thời đại mới. Khoảng hơn mười năm nay ở nước ta truyền thống "tháng Giêng là tháng ăn chơi" đã sống lại và phổ biến nhờ hàng lọat lễ hội mở ra với mật độ dày đặc trong khoảng thời gian không dài, quy mô tổ chức ra ngòai phạm vi một địa phương, nhất là lễ hội ở khu vực phía Bắc.
### Lễ và hội và... lộc
(1)
Lễ hội là loại hình sinh hoạt văn hóa dân gian bao gồm phần lễ và phần hội. Phần lễ thường diễn ra ở những nơi tôn nghiêm như trong đền, đình, chùa... Thực hiện và điều hành phần lễ là các bậc cao niên có uy tín và được cộng đồng kính trọng, được những người dự lễ hội tuân thủ sự điều hành. Ý nghĩa của lễ là để giao tiếp với thần linh thông qua các nghi thức tín ngưỡng thể hiện nguyện vọng hay tái hiện ký ức của cộng đồng. Lễ hiến tế là một phần quan trọng của lễ hội, sau lễ hiến tế là bữa ăn chung cả làng, như sự sẻ chia những gì được thần linh phù hộ và ban tặng. Hiện nay hầu hết lễ hội lớn đều do các cấp chính quyền nhà nước tổ chức nên phần Lễ - trước đây trang nghiêm, giản dị thì nay rất “hoành tráng” rườm rà do sự có mặt của các quan chức.
Phần hội diễn ra ở một “không gian mở” rộng lớn hơn cho toàn thể cộng đồng và người ngoài cộng đồng có thể tham gia. “Vui như hội” vì không gian và thời gian này là để thỏa mãn nhu cầu vui chơi giải trí của con người, thông qua các trò chơi dân gian thể hiện sự khéo léo, khỏe mạnh, trong đó phổ biến là “cướp” lộc/phết… Cũng có những trò mang tính chất “phá luật” như “linh tinh tình phộc” (tắt đèn thì trai gái “tự do”)… Nhìn chung lễ hội xưa mang đậm dấu ấn của xã hội nông nghiệp với cộng đồng cư dân “làng” hẹp về không gian và nhỏ về quy mô, chỉ có một vài lễ hội nổi tiếng khắp vùng như hội Gióng hội Lim… Phần Hội xưa là phần vui chơi của chủ thể lễ hội, tức là cộng đồng dân cư địa phương, những người có sự hiểu biết và từng trải nghiệm ý nghĩa của hành vi lễ hội từ đời này qua đời khác, thì nay có thêm rất nhiều người từ nơi khác đến tham gia, không mang tâm thức của chủ thể và không phải ai cũng hiểu ý nghĩa những hành vi mang tính tượng trưng của lễ hội xưa.
Lễ hội cổ truyền thường diễn ra vào thời gian mùa xuân “nông nhàn”, đây là dịp con người nghỉ ngơi, nhìn lại và giải toả những phiền muộn, lo âu của năm cũ thông qua việc bày tỏ với thần linh những mong muốn về cuộc sống tốt đẹp hơn. Lễ hội có mặt tích cực như bảo tồn các giá trị truyền thống của cộng đồng, nhắc nhở ý thức về cội nguồn, tưởng nhớ tổ tiên, anh hùng dân tộc… Trò chơi trong hội thể hiện ý thức về đồng loại, cố kết con người với cộng đồng, thể hiện quan niệm về mỹ tục và tài năng văn hóa, nghệ thuật, thể thao của cá nhân và cộng đồng. Tâm thức trong lễ hội xưa là tinh thần “dân chủ làng xã”, qua dịp lễ hội mọi người gần gũi, bình đẳng với nhau hơn. Hình thức “cướp lộc” trong nhiều lễ hội mang ý nghĩa là “may mắn” từ thần linh ban cho, không phải ai cũng có được, vì vậy những người không may mắn thì cần cố gắng làm ăn. Những hành vi trong lễ hội thời xưa là cần được hiểu và thực hành như biểu trưng của văn hóa.
Ngày nay phạm vi không gian của lễ hội rộng hơn thông qua và nhờ không gian trên truyền thông, đồng thời việc thực hành nghi lễ thể hiện và phản ánh tâm lý thực dụng, thậm chí tham lam của nhiều người. Biết rằng “lộc” chỉ là tượng trưng nhưng “kém miếng giữa làng” thì khó chịu, đánh đồng “sự may mắn” với “cái lợi” cho cá nhân nên quyết cướp giật cho bằng được. Tính thực dụng làm lây lan hành vi vô văn hóa trong lễ hội như sử dụng bạo lực trong trò chơi, phổ biến việc nhúng tiền vào máu động vật bị giết hay rải tiền lẻ, nhét tiền vào tay Thần Phật để cầu may; để con trẻ chứng kiến và người lớn thì reo hò phấn khích nhìn con vật bị giết chết một cách bất nhẫn; đánh chửi nhau vì không cướp được “lộc thánh”…
Không khó để nhận thấy sự tương đồng giữa hiện tượng lễ hội bị biến dạng với thực trạng bạo lực ngày càng phổ biến trong xã hội, điển hình như những vụ “mất chó giết người đền mạng”, bảo mẫu hành hạ trẻ nhỏ, học trò “hội đồng” đánh bạn, thanh niên hỗn láo đánh người già cả, người dân “tự tử” trong đồn công an... Hành vi “buôn thần bán thánh”, dựa vào cầu cúng để coi thường luật pháp, nạn tham nhũng hối lộ của quan chức ngày càng nặng nề; nhiều người trốn vào “tâm linh” để biện minh cho sự dửng dưng trước bất công, trước những vấn nạn về văn hóa, giáo dục, môi trường…
Trước thực trạng lễ hội và một số sinh hoạt văn hóa tinh thần khác bị biến chất và dung tục đến mức báo động, các nhà khoa học và công chúng đã lên tiếng từ nhiều năm nay. Thế nhưng vì sao mỗi năm lễ hội lại phát triển nhiều hơn, lãng phí thời giờ tiền bạc công sức của xã hội, ngày càng mang nặng yếu tố tiêu cực hơn?
### Khi lịch sử bị bóp méo
Có thể lấy Lễ Khai Ấn Đền Trần (Nam Định) là một trường hợp để nhận diện những nguyên nhân của tình trạng này.
Từ năm 2011 sau vài năm lễ hội Khai ấn đền Trần diễn ra đủ bi hài, dung tục và kinh hoàng chen lấn cả đêm để xin ấn, dư luận xã hội đồng loạt lên tiếng. Truy về nguồn gốc của tục khai ấn đền Trần trong chính sử, tiến sĩ Nguyễn Hồng Kiên (Viện Khảo cổ học VN) đã chỉ ra:
*Không hề có chuyện
nguồn gốc của lễ khai ấn bắt
nguồn từ việc sau khi đánh thắng
quân Nguyên - Mông, vua Trần thiết
triều ở Tức Mặc - Thiên Trường
để thưởng công, ban tước như
nhiều ý kiến. Việc đó sử
chép là diễn ra ở Thăng Long. Từ
năm ngoái, tôi đã đọc lại
sử cũ và khẳng định trong thư
tịch cổ không hề chép gì về
cái gọi là “lễ khai ấn đền
Trần”.* *Tôi đã từng viết
loạt bài “Lễ khai ấn đền
Trần - một xuyên tạc lịch sử”.
Cũng không có chuyện nhà Trần cứ
tết đến lại đóng ấn ban chức
tước. Xin dẫn một chuyện chính sử
có chép: vua Trần Anh Tông từng ban
tước hơi nhiều cho các quan trong triều.
Thượng hoàng Nhân Tông biết được
sai lấy sổ xem rồi ghi vào trong đó
rằng: “Sao lại có một nước
bé bằng bàn tay mà phong quan tước
nhiều như thế?”. Từ đó vua
Trần Anh Tông lại càng thận
trọng khi ban chức tước. (Báo Tuổi
trẻ ngày 21.2.2011)*
Tháng 7.2011 Bộ Văn hóa, Thể thao và du lịch đã nghe Viện Văn hóa Nghệ thuật Việt Nam, trình bày nội dung Đề án “Xây dựng mô hình tổ chức Lễ hội đền Trần Nam Định năm 2012”. Trong Đề án này nêu ra hai phương án tổ chức Lễ hội khai ấn đền Trần năm 2012: Phương án 1 là không tổ chức phát ấn; phương án 2 là vẫn phát ấn nhưng phát vào ngày hôm sau và kéo dài vào các ngày tiếp theo. Và phương án 2 đã được Bộ VH-TT-DL cùng địa phương chọn thực hiện.
(ảnh Internet)
Việc tiếp tục tổ chức lễ hội “phát ấn” dù không có cơ sở khoa học và lịch sử, dù đã làm nảy sinh nhiều hiện tượng tiêu cực cho thấy, thực tế lễ hội này thu hút rất nhiều người đến xin ấn, địa phương đã thu được những khoản lợi nhuận lớn từ việc “phát ấn” và dịch vụ kèm theo. Duy trì lễ hội nhiều ngày hơn có nghĩa là số lượng người (đa phần là công chức nhà nước) đến xin ấn nhiều hơn và lợi nhuận tăng cao hơn. Việc xin ấn đã trở thành biểu hiện của cầu xin thăng quan tiến chức! Đây là tâm lý của một bộ phận không nhỏ của công chức nhà nước nên có ảnh hưởng lớn đến tâm lý xã hội nói chung.
Nhưng thiệt hại bao nhiêu cho nhà
nước và cho nhân dân trong những
ngày công chức bỏ việc đi
lễ thì cơ quan quản lý văn
hóa và địa phương có tính
đến? Không chỉ là thời
gian, tiền bạc mà còn là sự
suy thoái đạo đức và văn
hóa, tạo ra tiền lệ cứ lễ
hội nào có vấn đề
bị xã hội lên án, lập
tức nhà nước lại phải
tốn tiền cho các công trình
nghiên cứu kiểu
*“Đề
án xây dựng mô hình…”.
*Ở đây chính là vai trò của
“cơ quan nghiên cứu văn hóa”
đã tham mưu cho việc “phục dựng”
lễ hội không có cơ sở khoa học
và gây ra nhiều hệ lụy cho xã
hội. Cùng đó là vai trò của
cơ quan quản lý nhà nước về
văn hóa trong việc không cân nhắc,
suy xét khi công nhận hàng loạt di
tích, lễ hội, nâng cấp từ địa
phương lên cấp quốc gia để
tăng cường quy mô lễ hội…
Một mặt nhằm đạt thành tích
“bảo tồn di sản” nhưng mặt
khác cũng làm tiêu tốn nhiều chi
phí của nhà nước và xã
hội để “làm hồ sơ di tích”,
đồng thời gây nên tâm lý
đua nhau “chạy bằng di tích” ở
các địa phương.
Từ khi Lễ phát ấn Đền Trần được duy trì, nhiều địa phương đã tổ chức những lễ hội tương tự, tất nhiên đều dựa vào “công trình nghiên cứu khoa học” mà thực chất là những Dự án do tỉnh hay địa phương chi kinh phí. Cho đến đầu năm 2017 một số nơi khác đã dựng lên chuyện khai/phát ấn ở đền Trần Thương (Nhân Đạo, Lý Nhân, Hà Nam), đền Trần Tam Đường (Tiến Đức, Hưng Hà, Thái Bình), ở khu văn hóa núi Bài Thơ (TP Hạ Long, Quảng Ninh), khu di tích Hoàng thành Thăng Long (Hà Nội)... Tình trạng bành trướng quy mô và số lượng lễ hội phát ấn Đền Trần như thế e rằng một ngày nào đó lễ hội kiểu này sẽ trở thành Di sản văn hóa phi vật thể cấp đặc biệt của quốc gia, rồi làm hồ sơ trình UNESCO làm Di sản văn hóa thế giới cũng nên!
*"Từ thực tế bịa tạc của
các ấn được sử dụng, xin nói
thẳng rằng: Các lễ khai ấn này
có rất ít ý nghĩa văn hoá,
tất cả đều nhằm mục tiêu
thương mại"(TS. Nguyễn Hồng Kiên)
*nên mục đích
ý nghĩa của lễ hội không còn
thuần túy tinh thần như trước.
Dưới danh nghĩa “bảo tồn
văn hóa truyền thống” nhưng
“thương mại hóa” mới chính
là mục đích của các địa
phương khi đua nhau nâng cấp di tích,
lễ hội. Do
đó tính nhân văn của lễ hội
ngày càng biến mất, sự xuất
hiện những yếu tố thực dụng hiện
đại đã góp phần
nuôi dưỡng và phát triển
tâm lý không lành mạnh của công
chức, quan chức trong việc coi
chức tước quyền hành là
mục đích tối thượng,
việc “chạy chức chạy quyền”
là bình thường nên phải tìm
đến Thánh thần làm chỗ
dựa…
Đặc biệt, hiện tượng “chính thức hóa”, “nhà nước hóa” lễ hội dân gian bằng sự tham gia tổ chức và quản lý lễ hội của cơ quan nhà nước, của quan chức cao cấp góp phần không nhỏ làm cho lễ hội bị “hiện đại hóa” theo nghĩa tiêu cực. Việc quản lý và tổ chức thực hành tín ngưỡng này là của cộng đồng địa phương; không phải là việc của các cơ quan nhà nước hay của các vị lãnh đạo. Việc nhiều quan chức từ trung ương đến địa phương trịnh trọng có mặt “khai hội” là “tấm gương” mà nhiều thành phần trong xã hội “noi theo”, nhất là khi sự mê tín hay thực dụng được tuyên truyền dưới ý nghĩa bảo tồn di sản văn hóa. Điều đáng tiếc là bên cạnh đó vẫn có một số nhà nghiên cứu và cơ quan nghiên cứu, cơ quan quản lý văn hóa tiếp tục nguỵ biện, chống chế, bênh vực cho những lễ hội bị biến dạng hay không có cơ sở khoa học như Lễ khai ấn Đền Trần.
Nếu để cho những lễ hội bị bóp méo ý nghĩa truyền thống tiếp tục tồn tại sẽ dẫn đến hậu quả:
1/ Các lễ hội truyền thống không còn giá trị đích thực, chính những người làm nhiệm vụ “nghiên cứu bảo tồn văn hóa” lại đánh mất, xóa sổ di sản văn hóa.
2/ Các giá trị truyền thống tốt đẹp mất đi, con người phải tìm đến và tin vào những giá trị “ảo” đang ngày càng làm băng họai xã hội.
3/ Nhà nước không thể quản lý được các lễ hội tổ chức tràn lan và tùy tiện làm xuất hiện nhiều tệ nạn mê tín dị đoan.
Mỗi thời đại có hệ giá trị của thời đại mình, nhất là những giá trị văn hóa. Việc duy trì hay phục dựng lại lễ hội truyền thống cần đặt trong bối cảnh xã hội hiện đại để nhận biết yếu tố nào nên lưu giữ, yếu tố nào cần thay đổi. Tuy nhiên thay đổi thế nào để những lễ hội trở thành nguồn mạch trong lành để nuôi dưỡng văn hóa dân tộc hiện tại và tương lai, không thể biến lễ hội thành nơi hối lộ, mặc cả với Thánh Thần nhằm tư lợi hoặc là nơi dung dưỡng những hành vi phản cảm không phù hợp với giá trị văn hóa mới.
### Di tích và... hiện đại ảo
Bên cạnh tình trạng lễ hội
Hỏi tức là đã trả lời. Nhiều chuyên gia đã chỉ ra nguyên nhân cơ bản của tình trạng trên chính là việc ồ ạt công nhận di tích ở các cấp. Việc công nhận di tích Lịch sử văn hóa và nâng cấp từ địa phương lên cấp quốc gia đang trở thành "phong trào", do đó nhiều di tích chưa thực sự có giá trị tiêu biểu. Hệ thống di tích được công nhận cấp quốc gia phải phản ánh đặc trưng lịch sử - văn hoá quốc gia, vì vậy cần nghiêm túc xem xét giá trị các mặt của di tích.
Di tích lịch sử văn hóa ở địa phương khi nâng lên tầm quốc gia, vùng miền thì để xứng với danh đó sẽ phải trùng tu tôn tạo, tổ chức quy mô “hoành tráng” hơn, nhiều di tích bị gán thêm những giá trị ảo từ nội dung đến hình thứ kiến trúc, trang trí… Khi nhà nước không đủ kinh phí ớc để bảo tồn hay trùng tu thì địa phương thường huy động các nguồn kinh phí khác. Tuy nhiên “chủ đầu tư” thường có vai trò quyết định chứ không phải là các nhà khoa học, trong việc bảo tồn di tích như thế nào, thậm chí dưới danh nghĩa trùng tu họ quyết định làm mới di tích, thật giả lẫn lộn về giá trị, về nội dung. Tình hình kéo dài như vậy làm cho các di tích dù cấp nào cũng dần dần trở nên giống nhau ở xu hướng ngày càng “hoành tráng” thậm chí không còn nhận ra yếu tố truyền thống trong kiến trúc, trang trí và cả cảnh quan nữa.
Đặc biệt hiện nay xuất hiện khá nhiều công trình kiến trúc tôn giáo có quy mô kỷ lục “nhất Đông Nam Á” tại những nơi có cảnh quan thiên nhiên đẹp, công trình mới xây dựng lại được gắn với khái niệm “du lịch tâm linh” – là loại hình du lịch đến những di tích tín ngưỡng tôn giáo nổi tiếng có từ lâu đời… Thế là lại thêm một nơi “kinh doanh” nhằm vào sinh hoạt tín ngưỡng của dân chúng. Và cũng như lễ hội, việc các quan chức, chính quyền tham gia quảng bá cho những công trình “tôn giáo” mới này cũng làm tăng thêm “tiếng tăm” của nó khi mà ngay hình thức kiến trúc nghệ thuật và sinh hoạt tín ngưỡng ở đó chưa kịp tích lũy bất cứ một giá trị nào. Đó là chưa kể sự tàn phá môi trường tự nhiên để xây dựng cơ sở hạ tầng cho công trình, việc làm cáp treo cho bất cứ danh thắng nào, phá vỡ cảnh quan tự nhiên, coi đó là “tiêu chí” hiện đại và sang trọng của một khu “du lịch tâm linh”.
Càng nhiều di tích “trùng tu” nâng cấp, càng nhiều công trình “tâm linh” được xây dựng thì càng có thêm những lễ hội mang giá trị ảo hoặc sai lạc về ý nghĩa. Cứ thế cái vòng luẩn quẩn cứ tiếp diễn, ngày càng phức tạp và để lại nhiều hệ lụy lâu dài.
Để khắc phục tình trạng này, làm cho việc bảo tồn di sản văn hóa vật thể và phi vật thể thực sự có hiệu quả cần rà soát lại hệ thống di tích và lễ hội cấp quốc gia, sau đó là cấp tỉnh thành - với những tiêu chí thực sự khoa học và đặt trong bối cảnh của phát triển kinh tế - xã hội, của đời sống cộng đồng đang có nhiều biến đổi để có thể xem xét giá trị thực sự và tiêu biểu của từng di tích, lễ hội và cần thiết phải “hạ cấp” những di tích, lễ hội nào đã bị biến dạng, thay đổi hoặc mang giá trị “ảo”. Bên cạnh đó không nên duy trì một hệ thống lễ hội quá dày đặc như hiện nay bằng “sự ủng hộ” của nhà nước (như cho nghỉ dài ngày hoặc không có chế tài nghiêm khắc với công chức dùng ngày làm việc đi lễ hội…). Xây dựng lối sống, văn minh Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa bắt đầu từ việc quý trọng thời gian và tôn trọng luật lệ.
Và quan trọng hơn, để tình trạng “bảo tồn” di tích, lễ hội như hiện nay tiếp diễn thì chúng ta sẽ để lại cho thế hệ sau một di sản văn hoá truyền thống chắp vá và mục nát bên cạnh những “di sản” mới hoành tráng nhưng vô hồn và rỗng tuếch về giá trị.
*Sài Gòn 22.3.2017*
### Nguyễn Thị Hậu
(1) Các tiểu đề là của Diễn Đàn
Các thao tác trên Tài liệu

WARC-Type: response

Content-Type: application/http; msgtype=response

WARC-Identified-Payload-Type: application/xhtml+xml

X-Crawler-Content-Encoding: gzip

Vary: Accept-Encoding

Connection: Keep-Alive


markdown:
[](/goc-nhin-dkn/5-600-van-ban-trai-phap-luat-sau-phat-hien-kinh-hoang-xu-ly-phai-dang-hoang-moi-duoc.html) [](/goc-nhin-dkn/vac-xin-gia-chan-dong-trung-quoc-loi-thoat-nao-cho-mot-xa-hoi-dang-bi-ha-doc.html)
## Vắc-xin giả chấn động Trung Quốc: Lối thoát nào cho một xã hội đang bị ‘hạ độc’?
Gần đây sự kiện vắc-xin giả vẫn tiếp tục nổi lên, không chỉ các minh tinh thi nhau lên tiếng chỉ trích, ngay cả lãnh đạo của ĐCSTQ cũng phải lên tiếng. Mọi người phải kinh ngạc thốt lên rằng sự kiện n ...

WARC-Identified-Payload-Type: text/html

Content-Type: text/html; charset=UTF-8

X-Crawler-Transfer-Encoding: chunked

Connection: keep-alive

Vary: Accept-Encoding, Cookie

X-Content-Type-Options: nosniff

CF-Cache-Status: HIT

Cache-Control: public, max-age=1200

Server: cloudflare


markdown:
[Home page](/) [Highland](/modern-county-of-highland) [Allt Màm Lì](/allt-mam-li)
- Memories of Allt Màm Lì
# Allt Màm Lì Memories
### Read and share memories of Allt Màm Lì
![A couple at a laptop A couple at a laptop](https://cdn.francisfrith.com/assets/memories/couple-d84a7f9e26054c8fd6a9070773defff4a3ec5a4a131383ed21632711ce928baa.jpg)
## Welcome!
This amazing community has grown around our invitation to
**'Share Your Memories'**.
So far you've shared
**69,817 memories**
of
**7,259 towns & villages**, right across the UK!
So many of these are filled with extraordinary, irreplaceable detail that will now be preserved. Please keep them coming!
#### This week's Places
Here are some of the places people are talking about in our Share Your Memories community this week:
...and hundreds more!
**
Enjoy
browsing more recent contributions
now.
**
#### Add a Memory
It's easy to add your own memories and reconnect with your shared local
history. Search for your favourite places and look for the
[
Add Your Memory
](/allt-mam-li/memories/new)
#### Tips & Ideas
**Not sure what to write?**
It's easy - just think of an important place in your life and ask yourself:
-
How does it feature in your personal history?
-
What are your best memories of this place?
-
How has it changed over the years?
-
How does it feel, seeing these places again?
-
Do you remember stories about the community, its history and people?
#### Search for Local Memories
Search for your favourite UK places and read memories of the local area in days gone by.
#### Subscribe
Join the thousands who receive our regular doses of warming nostalgia!
Have our latest blog posts and archive news delivered directly to your
inbox.
**Absolutely free. Unsubscribe anytime.**

Cache-Control: max-age=0, private, must-revalidate

Content-Type: text/html; charset=utf-8

Server: nginx

Set-Cookie: split=splitB;Path=/;

X-Frame-Options: SAMEORIGIN

X-XSS-Protection: 1; mode=block


markdown: Đừng bỏ lỡ Nhảm June 24, 2017June 24, 2017 “Thấu cảm” với ngôn từ Posted By: hanhfm 0 Comment ác, caramel, của họ, dịch là, Đặng Hoàng Giang, Empathy, Erin McKean, FFsTUpktt, Googletranslate, kumquat, làm nghệ thuật, McKean, ngữ pháp, ninja, Sáng tạo, smartphone, tạo nhiều thứ, thấu cảm, thiện, THPT, THPT Qu, THPT Quốc, Tiếng Anh, Trung Qu, Trung Quốc, TS Đặng Hoàng Giang, về sự Đề thi tốt nghiệp môn Ngữ văn THPT Quốc gia năm 2017 lại được dư luận quan tâm với nhiều luồng ý kiến khác nhau chỉ Read more

Set-Cookie: __cfduid=dcfcfd5eb3a1cf7e27017a27daeb056521534269985; expires=Wed, 14-Aug-19 18:06:25 GMT; path=/; domain=.loicuagio.com; HttpOnly


markdown:
**lượt nghe** 7
Được tổng hợp dựa trên số liệu lượt nghe của người dùng trên cả desktop, mobile và smart TV
Vui lòng chọn cụ thể các mục bên dưới để thông báo cho Nghe nhạc Thánh ca biết vấn dề bạn gặp phải đối với bài hát này.
Để thông báo vi phạm bản quyền, vui lòng gửi (To file a copyright infringement notification, please )
Bài hát này không tải được vì lý do bản quyền
Trải nghiệm
**chất lượng âm thanh** tương tự nghe CD gốc với tài khoản **Nghe nhạc Thánh ca**.
Xem toàn bộ

Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, post-check=0, pre-check=0

Pragma: no-cache

Accept-Ranges: bytes

Server: LiteSpeed


markdown:
Tìm kiếm theo
Khu vực
Tiêu chí
Sắp xếp theo
Bạn muốn tìm Bài Hát, Album hay Video cho geowin?
0
Khởi My
Soobin Hoàng Sơn, Ji Yeon (T-ara)
Trúc Nhân
Hoài Lâm
Đạt G
Châu Khải Phong
Hoàng Tôn
Phạm Anh Duy
MIN
Sơn Tùng M-TP
Đơn vị chủ quản: Công ty Cổ phần N C T
Chủ sở hữu website: Ông Nhan Thế Luân
Địa chỉ: Tòa nhà HAGL Safomec, 7/1 Thành Thái, P14, Q10, TP.HCM
Email: support@nct.vn - Tel: (028) 3868 7979
Giấy phép MXH số 499/GP-BTTTT do Bộ Thông Tin và Truyền thông cấp ngày 28/09/2015
Giấy Chứng nhận Đăng ký Kinh doanh số 0305535715 do Sở kế hoạch và Đầu tư thành phố Hồ Chí Minh cấp ngày 01/03/2008

Set-Cookie: NCT_BALLOON_INDEX=true;Path=/;Domain=.nhaccuatui.com;Expires=Wed, 15-Aug-2018 16:59:59 GMT;HttpOnly

Vary: Accept-Encoding, User-Agent

P3P: CP='NOI ADM DEV PSAi COM NAV OUR OTRo STP IND DEM'