Top 5 đề thi Đánh giá năng lực trường ĐH Bách Khoa Hà Nội năm 2023 - 2024 có đáp án (đề 3)

5 năm sau Hiệp định khí hậu Paris, sự quan tâm của xã hội tập trung vào những tiến bộ khoa học thế giới, hướng tới một tương lai không carbon. Một phần quan trọng của mục tiêu này là chuyển đổi năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch sang năng lượng tái tạo như mặt trời, nước, gió và sóng.

Trong các nguồn tái tạo, năng lượng mặt trời luôn được giới khoa học kỳ vọng cao nhất do là nguồn năng lượng dồi dào và đáng tin cậy nhất trên Trái Đất. Những thập kỷ gần đây, pin mặt trời trở nên rẻ, hiệu quả hơn và thân thiện môi trường.

Những các tế bào pin mặt trời hiện nay không trong suốt, ngăn cản việc sử dụng rộng rãi hơn và tích hợp vào những trang thiết bị thông dụng trong đời sống, những hạn chế này khiến pin mặt trời chỉ được lắp đặt trên mái nhà và triển khai ở những trang trại năng lượng mặt trời chiếm diện tích rộng hơn và xa khu dân cư.

Sẽ rất tuyệt vời nếu các tấm pin mặt trời thế hệ tiếp theo được tích hợp vào cửa sổ, kính tòa nhà hoặc trên màn hình điện thoại di động. Đó là tham vọng của GS Joondong Kim thuộc Khoa Điện Trường Đại học Quốc gia Incheon, Hàn Quốc. Ý tưởng về pin mặt trời trong suốt được nhiều nhà khoa học quan tâm, nhưng biến ý tưởng mới lạ này thành hiện thực là một phát minh mới có ý nghĩa quan trọng.

Những vật liệu khiến pin mặt trời không trong suốt là các lớp bán dẫn, có nhiệm vụ hấp thụ ánh sáng và chuyển thành dòng điện. GS Joondong Kim và các đồng nghiệp cùng nghiên cứu hai vật liệu bán dẫn tiềm năng, được các nhà nghiên cứu trước đó xác định và những đặc tính mong muốn để có thể trở thành vật liệu trong pin điện mặt trời.

Vật liệu đầu tiên được nghiên cứu là titanium dioxide ( ). Ngoài các tính năng điện học tuyệt vời,  còn là vật liệu thân thiện với môi trường và không độc hại. Vật liệu này hấp thụ ánh sáng UV (một phần của quang phổ ánh sáng không nhìn thấy bằng mắt thường) và cho phép hầu hết dải ánh sáng nhìn thấy được đi qua.

Vật liệu thứ hai được nghiên cứu là niken oxit (NiO), một chất bán dẫn khác có độ trong suốt quang học cao. Niken cũng là một trong những nguyên tố phong phú nhất trên Trái Đất. Oxit nikel có thể được sản xuất công nghiệp ở nhiệt độ thấp. Do đó NiO cũng là vật liệu tuyệt vời để chế tạo các tế bào quang điện thân thiện môi trường.

Tế bào năng lượng mặt trời do các nhà nghiên cứu chế tạo bao gồm một tấm thủy tinh nền và một điện cực oxit kim loại, phía trên được lắng đọng các lớp mỏng chất bán dẫn (đầu tiên là , sau đó là NiO) và lớp phủ cuối cùng là các dây nano bạc, hoạt động như một điện cực thứ hai tạo thành tế bào pin mặt trời.

Các nhà khoa học đã thực hiện một số thử nghiệm đánh giá khả năng hấp thụ và truyền ánh sáng, cũng nhưu hiệu quả hoạt động của pin mặt trời trong suốt này. Những kết quả thu được rất đáng phấn khởi. Hiệu suất chuyển đổi năng lượng là 2,1%, mức độ tương đối cao trong điều kiện nó chỉ được thiết kế để hấp thụ một phần nhỏ quang phổ ánh sáng.

Tế bào quang điện cũng có độ phản hồi cao và hoạt động hiệu quả trong điều kiện ánh sáng yếu. Hơn 57% ánh sáng nhìn thấy được truyền qua các lớp tế bào, khiến tế bào quang điện trở nên trong suốt. Trong phần cuối cùng của thí nghiệm, các nhà khoa học đã kiểm tra khả năng hoạt động của tấm pin bằng cách sử dụng nó để cung cấp năng lượng của một động cơ nhỏ.

GS Joondong Kim bình luận: “Mặc dù loại pin mặt trời sáng tạo này đang còn rất sơ khai, nhưng kết quả thử nghiệm cho thấy có thể cải tiến hơn nữa bằng cách tối ưu hóa những tính chất quang và điện của tế bào”.

Điểm đặc biệt quan trọng, các nhà khoa học Hàn Quốc chứng minh được tính thực tiễn của pin mặt trời trong suốt và có khả năng cải thiện hơn nữa hiệu quả hoạt động của sản phẩm trong tương lai gần.

Đôi khi những sự việc tưởng chừng đơn giản nhất lại khó giải thích nhất. Cách những con chim giữ thăng bằng cơ thể khi ngủ trên cây là một trong những bí ẩn như vậy.

Thời gian ngủ của chim ngắn hơn con người rất nhiều. Chu kỳ ngủ của chúng khi so sánh với con người và các loài động vật có vú nhìn chung cũng ngắn hơn. Giấc ngủ REM (Rapid Eye Movement – giấc ngủ chuyển động mắt nhanh), một phần của chu kỳ ngủ khi cơ thể rơi vào trạng thái ngủ sâu nhất (và cả khi mơ), thường kéo dài vài phút ở động vật có vú; trong khi đó, chỉ tầm 10 giây ở loài chim. Giấc ngủ của chim, về cơ bản, là những lần chợp mắt trong vài khoảnh khắc.

Chim cũng có thể tự điều chỉnh cường độ ngủ. Chúng có thể giữ cho một bên bán cầu não tỉnh táo ngay trong khi ngủ, khi đó, một bên mắt của chúng sẽ mở. Mắt chim liên kết bất đối xứng với bán cầu não, tức là, nếu mắt trái mở thì bán cầu não phải thức, và ngược lại. Kiểu ngủ nhẹ nhàng, linh hoạt này cho phép những con chim nhanh chóng trốn khỏi những kẻ săn mồi, ngay cả khi chúng đang say giấc.

Hơn nữa, không phải tất cả những con chim đều ngủ trên các cành cây. Ví dụ như đà điểu, loài chim lớn nhất hành tinh. Hầu hết các loài chim không biết bay đều ngủ trên mặt đất, ẩn giữa những tán lá, hoặc gần như “vùi đầu trong cát”. Một số loài khác thì ngủ đứng một chân ở các vùng nước nông như loài hồng hạc.

Để đi vào giấc ngủ, cơ thể chim phải trải qua một loạt các thay đổi sinh lý. Một trong số đó là thả lỏng cơ, xảy ra khi não giảm kiểm soát các chuyển động cơ, kèm theo một số thay đổi sinh lý khác. Đứng thăng bằng trên cây với các búi cơ thả lỏng không phải dễ dàng, những chú chim phải xoay sở bằng cách khóa chặt thân vào cành cây.

Ví dụ, khi một con chim hạ cong gối, móng của chúng cũng đồng thời tự động gập theo và bám chặt vào cành cây. Móng sẽ chỉ thả lỏng khi chân chúng duỗi thẳng. Cơ chế khóa chân được thực hiện nhờ các gân cơ gấp (flexor tendons – những mô kết nối cơ giúp chỉ uống cong) ở chân chim. Khi khớp đùi trên (knee) và khớp ống chân (ankle) của chim gập vào, gân cơ bắp (flexor tendon) duỗi ra, từ đó, làm móng gập lại. Cơ chế khóa cũng xảy ra do lớp mô bao quanh gân cơ chân có bề mặt nhám gây ra ma sát giữa chân và vỏ cây giúp cố định chân vào một điểm. Đây là “Cơ chế đậu tự động” – Automatic Perching Mechanism. Nó xuất hiện ở hầu hết các loài chim, cho phép chúng bám chặt vào cành cây vừa không mất sức lại vừa chắc chắn.

Không chỉ những giống chim có tư thế đậu thẳng, những loài ngủ treo như vẹt cũng được hưởng lợi không ít từ cơ chế này. Cơ chế khóa cũng hữu ích trong một số trường hợp khác. Ví dụ như những giống chim săn mồi, chúng có thể quặp chặt con mồi trong khi bay. Một số loài chim cũng nhờ đó leo trèo, bơi, lội nước hay treo mình dễ dàng.

Đã có hàng chục nghiên cứu tìm thấy cơ chế đậu tự động ở nhiều loài chim khác nhau. Tuy nhiên, một nghiên cứu xuất bản năm 2012 cho thấy chim sáo châu Âu (European Starling) khi ngủ lại không sử dụng cơ chế này. Các nhà khoa học cquan sát được rằng chim sáo chỉ hơi cong đầu gối, không đủ để kích hoạt cơ chế khóa. Kết quả là, các ngón chân của chúng hầu như không cong và con chim giữ thăng bằng ở trung tâm miếng đệm bàn chân khi nó ngủ. Phát hiện này cho thấy rằng có nhiều cách để chim giữ thăng bằng trên cây khi ngủ hơn là chỉ đơn giản gắng sức bám chặt vào cành cây.

Các nhà nghiên cứu gặp nhiều thách thức khi tìm hiểu giấc ngủ của các loài chim. Đầu tiên phải kể đến số lượng loài lớn và sự khác nhau về cơ chế, đặc điểm sinh lý học và hành vi giữa các loài. Chu kỳ giấc ngủ cũng khác biệt rất lớn. Việc so sánh cách ngủ của đà điểu, với chim sẻ hay hồng hạc không có nhiều ý nghĩa. Ngay cả khi xem xét đến cơ chế đậu tự động, hình dáng chân chim cũng là một vấn đề. Chân của chúng cần phải thích ứng cho nhiều mục đích khác nhau, vì vậy, cách  chúng đi đứng, chuyển động chân cũng có thể sẽ khác nhau.

Mỗi ngày, Hà Nội đang phải tìm cách xử lý hơn 2.500-3.000 tấn chất thải rắn xây dựng, trong khi Tp.HCM cũng khó khăn trong việc giải quyết trên 1.500 tấn rác thải xây dựng thu gom mỗi ngày. Theo Ngân hàng Thế giới, mỗi năm Việt Nam bị thiệt hại tới 5% GDP vì môi trường ô nhiễm, chủ yếu do chất thải ngày một nhiều hơn nhưng không được thu gom, xử lý tốt, trong đó rác thải xây dựng chiếm từ 25-30%. Tuy nhiên, phần lớn các khu xử lý chất thải rắn hiện nay đều bị quá tải và chủ yếu sử dụng biện pháp chôn lấp. Đó là lý do khiến ngành xây dựng đang nghĩ đến cách tiếp cận mới: Tái chế chất thải xây dựng.

Một số chuyên gia đã đề xuất áp dụng các công nghệ nghiền tái chế được nhập khẩu từ nước ngoài, chẳng hạn như máy nghiền lắp đặt ngay tại chân công trình, cho phép nghiền tại chỗ các khối bê tông, vật liệu rắn thành các hạt nhỏ 3x4 cm và cát mịn mà không cần tập kết ra bãi phế liệu. Điều này giúp chủ đầu tư có khả năng tận dụng được 70-100% phế thải xây dựng. Những hạt thành phẩm này có thể dùng làm cấp phối sau lấp nền đường, sản xuất gạch lát vỉa hè, đê chắn sóng, thậm chí có thể dùng để chế tạo bê tông tươi.

Một trong những ý tưởng mới được các nhà khoa học ở Viện Nghiên cứu Ứng dụng Công nghệ Xây dựng IAB Weimar, Đức tìm ra là tái chế những hạt nghiền này ở cấp độ cao hơn, biến chúng thành những hạt cốt liệu nung rỗng có khối lượng nhẹ, và nhiều tính năng vượt trội. Ý tưởng này đã tiếp tục phát triển và thực hiện thành công khi các nhà khoa học ở Trường Đại học Xây dựng sử dụng vật liệu phá dỡ phế thải xây dựng ở Việt Nam để tạo ra các hạt cốt liệu nung tương tự.

“Khi dùng hạt cốt liệu này để chế tạo ra những loại bê tông nhẹ cách âm cách nhiệt có khối lượng nhỏ hơn 30-60% so với gạch xây thông thường, ta có thể giảm chi phí đáng kể trong các công trình xây dựng do giảm được tải trọng tác dụng, qua đó giảm kích thước các kết cấu chịu lực và móng công trình” – Trưởng nhóm nghiên cứu PGS.TS. Nguyễn Hùng Phong, Trường Đại học Xây dựng, cho biết.

“Việc dùng phế thải xây dựng làm đầu vào để sản xuất hạt cốt liệu cũng giúp giảm gánh nặng chôn lấp phế thải và bảo vệ môi trường, đồng thời mở ra hướng nghiên cứu để chế tạo vật liệu bê tông mà không cần sử dụng, khai thác mới các nguồn tài nguyên tự nhiên như đá, cát, sỏi.” PGS.TS. Phong nói thêm.

Mặc dù công nghệ chế tạo các loại hạt cốt liệu nhẹ không quá mới mẻ, nhưng ở Việt Nam đây là một trong những nghiên cứu đầu tiên sử dụng công nghệ nung và sử dụng đầu vào là phế thải xây dựng. Để làm được điều đó, nhóm nghiên cứu đã tập hợp các chuyên gia từ nhiều lĩnh vực, bao gồm hóa silicar, vật liệu và kết cấu xây dựng.

Nhóm đã thu thập các loại vật liệu thô, phân loại và nghiền hỗn hợp đến độ mịn nhỏ hơn 100 cấp phối theo tỷ lệ nhất định, sau đó trộn với các phụ gia phồng nở; vê viên tạo hạt nhỏ dưới 10 mm, sau đó sấy khô và nung đến nhiệt độ khoảng  trong thời gian lý tưởng từ 6-9 phút. Kết quả tạo ra các hạt cốt liệu nhẹ có khối lượng thể tích nhỏ hơn .

“Do các hạt cốt liệu nhẹ chế tạo từ phế thải xây dựng nên chúng tôi không kì vọng chúng có khả năng chịu lực quá cao.” PGS.TS. Phong chia sẻ. “Bù lại, các hạt cốt liệu nhẹ có thể có nhiều ứng dụng khác nhau: các loại hạt chất lượng thấp có thể dùng làm đất trồng cây để giữ ẩm cùng các chất dinh dưỡng trong các lỗ rỗng của chúng, các hạt chất lượng tốt hơn có thể làm vật liệu cách âm cách nhiệt như gạch chống nóng, tấm vách ngăn; những hạt có cường độ tốt nhất có thể được sử dụng làm vật liệu chịu lực như tấm sàn bê tông nhẹ. Ngoài ra, các hạt này có thể làm vật liệu lọc trong ngành công nghiệp”.

Từ những hạt vật liệu này, họ đã chế tạo ra 2 loại thành phẩm – một dạng bê tông cách nhiệt có khối lượng thể tích , và một dạng bê tông nhẹ chịu lực có cường độ chịu nén từ 20-25 Mpa.

Về mặt công nghệ, mặc dù nắm được quy trình để tạo ra các hạt vật liệu nhẹ, nhưng các chuyên gia cũng thừa nhận rằng việc nung trên cơ sở lò quay vẫn là khâu thách thức nhất hiện nay. Đây là mấu chốt của cả dây chuyền sản xuất cho công suất lớn. Hiện công nghệ chế tạo lò vẫn chưa thể nội địa hóa mà phải nhập khẩu, do vậy chi phí vẫn còn cao. Hơn thế nữa, quy trình đòi hỏi nhiệt độ nung phải trên  – tức nhiệt lượng sử dụng khá lớn và có thể khiến tổng chi phí tăng lên. Một số ý kiến phản hồi cũng cho rằng công nghệ nung vẫn có thể tạo ra khí thải nên chưa đủ “xanh” cho môi trường.

Trước những vấn đề đó, nhóm nghiên cứu đã đề xuất một số hướng khắc phục, kết hợp với công nghệ môi trường – chẳng hạn tận dụng khí gas từ chất thải hữu cơ làm năng lượng đốt lò – để giảm thiểu tác động, hoặc tạo ra một quá trình sản xuất liên tục để giảm hao phí năng lượng và chi phí vận hành. Trong tương lai, họ cũng xem xét nghiên cứu thêm cách hạ thấp nhiệt độ nung để nâng cao hiệu quả kinh ết – kỹ thuật của sản phẩm hạt nhẹ này.

Dù mang lại lợi nhuận kinh tế cao nhưng nghề nuôi tôm hùm đang có những tác động tiêu cực đến môi trường biển. Để vừa đảm bảo sản lượng vừa bảo vệ môi trường, các nhà nghiên cứu của Công ty TNHH Thủy sản Đắc Lộc đã nhận chuyển giao và hoàn thiện công nghệ nuôi tôm hùm thương phẩm trong bể trên bờ quy mô hàng hóa tại vùng bãi ngang tỉnh Phú Yên.

Cũng cần nói rằng đây là dự án nuôi tôm trên bờ đầu tiên được triển khai tại Việt Nam. Vì sao vậy? Bởi khác với tôm thẻ, tôm sú hay cua, ghẹ,… tôm hùm khó nuôi, chỉ sống và phát triển được ở vùng biển nước sạch, lưu thông thường xuyên, lồng được đặt chìm xuống nước từ 10-20 m để đảm bảo mùa đông thì ấm, mùa hè thì mát. Thức ăn của tôm hùm phải tươi, từ cá, cua, ốc,… Trung bình, để nuôi được 1 kg tôm hùm, người dân mất khoảng 15 kg thức ăn.

“Với hàng triệu con tôm hùm thì thử hỏi có bao nhiêu tấn cua, cá,… đã được rải xuống biển và phần không tiêu thụ hết đọng vào các rạn san hô, gây ra ô nhiễm nghiêm trọng vùng biển này” – chị Trần Thị Lưu, cán bộ nghiên cứu của công ty TNHH Đắc Lộc nói. “Bởi vậy, nếu như mấy năm trước, lồng nuôi còn đặt gần bờ thì giờ đây, càng lúc lồng càng được đưa ra xa bờ, tìm đến những vùng nước sạch mới. Nếu đến một ngày, tất cả những vùng biển đều bị ô nhiễm thì người dân có thể nuôi tôm ở đâu?”

Khi dự án nuôi tôm hùm thương phẩm trên bờ được triển khai, đã có không ít người dân lắc đầu: “Bởi làm sao mà nuôi được trên bờ, làm sao đảm bảo cho nước sạch? Khi mà thời gian phát triển của tôm hùm kéo dài từ 12-18 tháng chứ không phải vài ba tháng như tôm thẻ hay tôm sú”.

Nhưng Công ty TNHH Thủy sản Đắc Lộc đã thử nghiệm nuôi tôm hùm trên bờ thành công quy mô thương phẩm tạo ra một hướng đi mới cho nghề nuôi tôm hùm ở Việt Nam; giúp kiểm soát được môi trường mới, kiểm soát dịch bệnh, không bị ảnh hưởng thời tiết, dễ dàng trong quá trình vận hành chăm sóc. Thành công này có được do một phần đóng góp lớn của công nghệ tuần hoàn nước RAS mới được Viện Nghiên cứu Nuôi trồng Thủy sản III nội địa hóa sau khi đã triển khai thành công ở nhiều nước trên thế giới.

Để tôm hùm phát triển trong môi trường nhân tạo, yếu tố tiên quyết là nước phải sạch, nhiệt độ ở mức từ 25-30 độ C, độ mặn 28 – 33%, có dòng chảy lưu thông như ngoài biển. Vì vậy, hệ thống được thiết kế thành một vòng tuần hoàn với bể nuôi và bể lọc sinh học, đảm bảo nguyên tắc, bể nuôi cao hơn bể lọc. Bể có thể là bể xi măng, composite hoặc bể nổi (bạt khung sắt). Các thiết bị phụ trợ đi kèm trong hệ tuần hoàn là trống học, skimmer,…

Chị Trần Thị Lưu mô tả về quy trình xử lý của RAS: “Nước từ bể nuôi đi qua trống lọc, chất bẩn được tách ra còn nước được đẩy sang bể lọc sinh học. Tại đây, các vi sinh vật giúp chuyển hóa chất độc hại có thể gây bệnh cho tôm thành các chất không có hại, ví dụ như chuyển hóa amoniac sang , skimmer có tác dụng tách các protein lơ lửng còn lại,… Ở bước cuối cùng, nước sạch được đẩy sang hệ thống làm mát và tia UV để diệt khuẩn, đảm bảo các yếu tố về nhiệt độ, và các chỉ tiêu lý hóa trước khi quay trở lại bể nuôi”. Với mô hình xử lý tuần hoàn như vậy, nước trong bể nuôi được đảm bảo thuận lợi cho tôm hùm phát triển.

Sau thời gian nuôi 10 – 12 tháng, tôm hùm xanh có thể đạt cỡ 350 gram/con. Sau 16 – 18 tháng nuôi tôm hùm bông có thể đạt 700 gram/con. Tỉ lệ sống đạt khoảng 75%. Tôm có màu sắc đẹp, năng suất có thể đạt . “Kết quả này giúp chúng tôi mạnh dạn khẳng định có thể triển khai việc nuôi tôm hùm trong bể trên bờ” – chị Trần Thị Lưu nói.

Ngoài ra, việc nuôi tôm trong bể giúp người dân có thể chủ động được thời gian nuôi, thời điểm bán, năng suất, thay vì hoàn toàn phụ thuộc vào tự nhiên. “Nếu như nuôi lồng ngoài biển nặng nhọc, chỉ đàn ông mới làm được, do hàng ngày phải lặn sâu xuống nước để kiểm tra, cho ăn, thì với mô hình nuôi trên bờ, ai cũng có thể đảm nhận công việc này” – chị Lưu nói thêm.

Cũng trong mô hình này, Công ty TNHH Thủy sản Đắc Lộc đã lần đầu áp dụng loại thức ăn công nghiệp dành cho tôm hùm do TS. Mai Duy Minh – Viện Nghiên cứu Nuôi trồng Thủy sản III sản xuất. Thức ăn viên được cho ăn ngày hai lần vào 6-7 giờ và 18-19 giờ với tỉ lệ cho ăn khoảng 2% trọng lượng thân. Do thức ăn chưa hoàn thiện 100% nên mỗi tuần tôm được cho ăn bổ sung hai bữa thức ăn tươi.

Nhóm nghiên cứu tại Công ty Đắc Lộc cho rằng, thức ăn viên hoàn toàn phù hợp với mô hình nuôi trong bể trên bờ, vì dễ dàng quan sát và năm được mức độ ăn của tôm và điều chỉnh cho hợp lý. Trong khi đó, việc đưa thức ăn viên trong môi trường biển tự nhiên khó khả thi do thức ăn dễ dàng tan trong nước và lắng xuống khiến tôm hùm trong lồng khó tiếp cận hơn so với tôm, cua,… được cắt miếng to. Điều này góp phần hoàn thiện quy trình nuôi tôm hùm trên bờ.

Tính đến tới điểm này, dự án nuôi tôm hùm thương phẩm mà Công ty TNHH thủy sản Đắc Lộ đã thành công bước đầu. Tuy nhiên về đường dài có thể đưa mô hình này vào thực tế và trở thành nghề mời cho người dân Phú Yên và các vùng khác vẫn cần nhiều thời gian để thay đổi thói quen, tập huấn của người dân, nhất là trong điều kiện, chi phí đầu tư ban đầu rất lớn.

Tìm số điểm cực trị của hàm số $g\left(x\right)=f\left(x^2-3\right)$ .

Cho các hàm số $y=a^x;y={\log }_{b}x;y={\log }_{c}x$  có đồ thị như hình vẽ.