QUAN SÁT VÀ THAO TÁC NANO

Đây là phòng thí nghiệm công nghệ Nano hiện đại, đồng bộ nhất Việt Nam, với 3 nhiệm vụ chủ yếu: Đào tạo và phục vụ đào tạo Đại học và Sau đại học ngành Khoa học và Công nghệ MicroNano, Nghiên cứu khoa học, phát triển vật liệu và công nghệ MicroNano, Triển khai ứng dụng, thực hiện các dịch vụ KHCN về vật liệu và công nghệ MicroNano. Các hoạt động đào tạo và nghiên cứu của Phòng Thí nghiệm còn có sự tham gia chặt chẽ của các nhà khoa học quốc tế về công nghệ nano đến từ Pháp, Hà Lan, Hàn Quốc, Mỹ, Nhật Bản, Singapore...

NHÓM 7:

1.NGUYỄN NGỌC THÀNH MSSV:09301049

CHƯƠNG 4:QUAN SÁT VÀ THAO

BÀN THAO TÁC NANO

 Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh đã đưa phòng thí nghiệm công nghệ Nano vào hoạt động Tổng mức đầu tư dành cho phòng thí nghiệm này là 4,5 triệu USD.

 Đây là phòng thí nghiệm công nghệ Nano hiện đại, đồng bộ nhất Việt Nam, với 3 nhiệm vụ chủ yếu:

 Đào tạo và phục vụ đào tạo Đại học và Sau đại học ngành Khoa học và Công nghệ Micro-Nano,

 Nghiên cứu khoa học, phát triển vật liệu và công nghệ Micro-Nano,

 Triển khai ứng dụng, thực hiện các dịch vụ KHCN về vật liệu và công

nghệ Micro-Nano.

 Các hoạt động đào tạo và nghiên cứu của Phòng Thí nghiệm còn có

sự tham gia chặt chẽ của các nhà khoa học quốc tế về công nghệ nano đến từ Pháp, Hà Lan, Hàn Quốc, Mỹ, Nhật Bản, Singapore

BÀN THAO TÁC NANO

Việc sáng chế kính hiển vi quét tunen của Bining và Rohrer bên cạnh việc cho thấy rõ từng nguyên tử trên

bề mặt còn có ý nghĩa cực kì quan trọng trong công nghệ nano : cho phép thao tác chính xác đến từng

nguyên tử.

BÀN THAO TÁC NANO

 Theo nguyên tắc dịch chuyển tinh vi bằng hiệu ứng áp điện người ta có thể làm bộ quét, có thể điều khiển dịch chuyển theo cả ba chiều x,y,z với

độ chính xác đến từng phần trăm nanomet.

 Ta có thể đặt mẩu lên bàn thao tác và dùng điều khiển x,y để điều khiển mẩu di chuyển trên mặt phẳng còn điểu khiển theo trục z dùng để di

chuyển mũi nhọn thao tác lên xuống mẫu

BÀN THAO TÁC NANO

Ví dụ: gắn mũi nhọn vào loxo lá rồi cho giữa mũi

nhọn và mẫu có một điện thế ,khi mũi nhọn chạm

nhẹ hay chạm mạnh vào mẫu sẽ có dòng điện yếu hay mạnh và dòng điện yếu hay mạnh này được chuyển thành áp lực đè vào đầu ngón tay Người điều khiển

có cảm giác “sờ mó” được những chi tiết nano trên mẫu.

BÀN THAO TÁC NANO

Tác dụng giữa mũi nhọn và mẫu hiệu thế cỡ hàng

chục vôn,do điện trường ở mũi nhọn lớn nên tùy theo chiều âm dương của hiệu thế ,mũi nhọn có thể đẩy một số nguyên tử từ mũi nhọn xuống bề mặt mẫu “đắp” thành một cái “gò nano” to cỡ một vài chục nguyên tử hoặc nhấc một số nguyên tử đưa chúng từ bề mặt mẩu lên mũi nhọn , “đào” cái “hố nano”

BÀN THAO TÁC NANO

SAN HÔ LƯỢNG TỬ LÀ GÌ ?

Dựa vào thao tác này với việc dịch chuyển của

mũi nhọn theo bề mặt ,ta có thể đặt lên bề mặt đồng 36 nguyên tử coban sắp xếp theo hình ellip

và một nguyên tử coban ở một tiêu điểm của ellip

và quan sát bằng hiển vi tunen thấy được 37

nguyên tử thật và 1 nguyên tử ảo ở tiêu điểm trống còn lại Và đây gọi là san hô lượng tử.

BÀN THAO TÁC NANO

 Cũng theo cách này các nhà khoa học Trung Quốc đã khắc hình nano bài thơ tứ tuyệt của Mạnh Hạo Nhiên trên một diện tích 10 x 10 um 2.

BÀN THAO TÁC NANO BÀI THƠ ĐƯỜNG KHẮC THEO

CÔNG NGHỆ NANO,MỖI CHIỀU 10UM

“Xuân miên bất giác hiểu

Xứ xứ văn đê điểu

Dạ lai phong vũ thanh Hoa lạc tri đa thiểu”

Dụng cụ thao tác mới cho công n ghệ micro và nano

GẮP VÀ VẶN NANÔ

I Đũa gắp nanô:

 Trong công nghệ nanô nhiều khi phải gắp những vật

nanô để nhấc ra khỏi chỗ này, đặt vào chỗ kia v.v… Một cách làm rất đơn giản, nghe ra có vẻ rất bình thường nhưng đích thực là làm được nhiệm vụ gắp nanô, đó là dùng đôi đũa nanô

 Thật vậy, có thể dùng hai ống nanô cacbon, làm hai

que như đôi đũa để gắp.

Đặc điểm của ống nanô cacbon là rỗng, nhẹ bền và rất cứng

vì đều hình thành từ các nguyên tử cacbon liên kết cộng

hóa trị Tuy nhiên các tính chất vật lý, đặc biệt là tính chất điện rất phụ thuộc vào cấu trúc của ống.

Một số dạng ống nanô cacbon

 Một số hình dạng ống nanô cacbon

Cấu tạo đũa gắp nanô:

• Người ta chọn loại ống nanô nhỏ (loại có một hoặc vài ba vách) để làm đôi đũa gắp

• Gắn hạt vàng vào đầu ống, hạt vàng lại gắn với giá để có thể điều khiển (thí dụ bằng áp điện) làm cho hai ống

nanô cacbon xa nhau hoặc sát lại gần nhau, thực hiện động tác gắp

• Có thể gắn mẫu cần thao tác với bộ quét áp điện điều khiển dịch chuyển theo x, y và gắn cái gắp với bộ quét điều khiển dịch chuyển theo z Nhờ vậy có thể điều khiển để đôi đũa ở bất kỳ vị trí nào và điều khiển để gắp bất cứ vật nào, hạt nào để đưa đến vị trí mong muốn

II Cái gắp laze

Dùng laze có thể làm được cái gắp, thực hiện nhiều thao tác đối với vật

có kích thước nanô

• Thực vậy, ta xét một hòn bi

nhựa cỡ micromet nằm

trên một tấm thủy tinh

• Giả sử chùm tia laze song song kích thước cũng cỡ micromet

chiếu vào hòn bi

Do chiết suất của hòn bi nhựa lớn hơn 1 nên tia laze chiếu vào hòn bi nhựa bị khúc xạ

Nếu ta xem tia laze là chùm hạt photon thì khi chiếu xuống viên bi, tia laze bị khúc xạ sang bên phải có nghĩa là các hạt photon đang có vectơ động lượng hướng thẳng từ trên

xuống dưới thì sau va chạm với viên bi nhựa, vectơ động lượng của photon có thêm thành phần hướng sang bên

phải

Theo định luật bảo toàn động lượng, hòn bi có thêm vectơ động lượng bằng và ngược lại, tức là hướng về bên trái.

 Tia laze là chùm photon rất mạnh nên hòn bi nhựa chịu

một lực đáng kể, bị lệch sang trái tức là bị đẩy vào giữa

chùm tia

 Lập luận tương tự nếu hòn bi lệch một phần ra ngoài chùm tia về phía bên trái, tia laze lại đẩy hòn bi về phía bên phải Kết quả là hòn bi luôn ở giữa chùm tia, lái chùm tia laze đến đâu hòn bi chuyển động theo chùm tia laze đến đấy

 Đây là một cách điều khiển chuyển động trên mặt phẳng rất tinh vi và nhẹ nhàng (vì chỉ dùng photon)

 Ngoài chức năng điều khiển dịch chuyển thao tác trên các vật nanô, người ta đã gắn các hòn bi nhựa vào hai đầu của chuỗi xoắn kép ADN và dùng tia laze như trên để mở ra, tách đo từng mối nối A-T, G-C.

III Mỏ lết nanô

 Mỏ lết nanô là gì ?

 Dùng chùm tia laze kiểu

Laguerre Gaussian nghĩa là chùm tia phân bố cường độ ngoài mạnh trong yếu chiếu vào hòn bi nhựa, hòn bi vừa

bị đẩy vào giữa chùm tia

vừa bị xoay tròn Đó là cái

mỏ lết laze.

Mỏ lết nanô

 Nếu thực hiện tiêu tụ chùm tia như vẽ bên, hòn bi

không những bị xoay mà còn bị giữ ở chỗ thắt của chùm tia Đó là cái mỏ lết vừa giữ,vừa xoay.

 Ngày nay, các nhà khoa học đã chế tạo ra một loại công cụ mới phục vụ cho việc thao tác trên các hạt nanô Đó là kẹp nhiệt.

KHẮC HÌNH NANO KIỂU NHÚNG NGÒI BÚT

(DPN-DIP PEN NANOLITHOGRAPHY)

SVTH : HUỲNH MINH HUYÊN MSSV : 09301023

Kỹ thuật khắc hình được nâng lên ở trình độ cao khi phát triển công nghệ vi điện tử

Ở công nghệ này, trên bề

 Về sau mật độ tích hợp cao, kích thước linh

kiện nhỏ đến cỡ micromet, phải dùng các tia

có bước sóng λ nhỏ hơn của ánh sáng

kiện kích thước nhỏ hơn, từ 100nm đến 1nm nên phải dùng những phép khắc hình tinh vi hơn quang khắc, thí dụ như khắc hình dùng tử ngoại, khắc hình tia X , tia điện tử…

 Những trường hợp tinh vi đến mức nguyên tử phải dùng các phép khắc hình dùng bộ quét ở hiển vi quét đầu dò điều khiển mũi nhọn vẽ theo các hình mong muốn và trong lúc đó dùng điện trường ở mũi nhọn tác dụng điện thế để lấy đi hoặc thêm vào các nguyên tử.

 Những cách khắc hình nói trên thực sự không thể đưa vào sản xuất rộng rãi vì lâu và tốn kém.

 Vì vậy công nghệ nano đang phát triển những cách khắc hình mới về mặt nguyên lý

một cách khắc hình mới.

 Trước hết là hãy làm quen với khái niệm tự lắp ráp hay tự sắp xếp qua một thí dụ cụ thể

 Alkanethiol là phân tử có đầu to tròn và đuôi dài Đầu là nhóm thiol, nhóm sulfua hữu cơ dạng như hình cầu, đuôi là nhóm hyđrôcacbon dài khoảng 1-4nm.

Lấy một lá có mạ phủ trên

bề mặt một lớp vàng nhúng vào dung dịch chứa các

phân tử alkanethiol

Lưu huỳnh có ái lực lớn đối

với vàng nên các đầu thiol

quay bám vào vàng, đuôi

hydrocacbon quay lên trên

 Do tương tác, do hình dạng, theo xu hướng năng lượng tự do cực tiểu, các đầu thiol tự xắp trật tự ngay hàng thẳng lối khít nhau và các đuôi hydrocacbon cũng nằm song song nhau Trên lá vàng có một lớp đơn tinh thể phân tử alkanethiol hình thành do chúng tự lắp ráp

ráp hình thành ở đế

 Từ đơn tinh thể alkanethiol có thể chế tạo ra một linh kiện nào đó tương tự như dùng đơn tinh thể silic để làm transistor, mạch vi điện tử.

tử tự lắp ráp hình thành đơn tinh thể ở chỗ đó.

bằng ngòi bút nhúng.

 Người ta lấy đế có phủ lớp vàng và dùng ngòi bút là mũi nhọn nhúng mực là dung dịch alkanethiol Theo cách dịch chuyển bằng bộ quét áp điện người ta cho ngòi bút nhúng mực (mũi nhọn) vẽ hình mong muốn lên bề mặt phủ vàng, bút vẽ đến đâu, chỗ đó có lớp mực dung dịch đến đó Khi khô, ta có được lớp đơn tinh thể alkanethiol ở những nơi ngòi bút đã vẽ.

Dip pen nanolithography

 Có thể thực hiện nhanh hơn, rẻ hơn theo cách khắc hình mềm.

lồi lên trên bề mặt kiểu như con dấu nhưng bằng vật liệu hơi “mềm” Dùng khuôn con dấu này để in lên đế vàng với mực là dung dịch alkanethiol.

 Như vậy kỹ thuật ngày

Kỹ thuật ngày nay cũng cho phép điều khiển

để hàng triệu triệu nguyên tử phân tử phát huy nội lực tự mình lắp ráp lại để hình thành cấu trúc mong muốn.

CẢM ƠN THẦY CÔ VÀ CÁC BẠN

ĐÃ QUAN TÂM THEO DÕI