CÔNG NGHỆ VÀ ỨNG DỤNG CỦA NANO

Công nghệ nano (Nanotechnology ) là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước trên quy mô nanomet (nm, 1 nm = 10−9 m). Phân loại vật liệu nano Cơ sở khoa học của công nghệ nano Các nguyên lý và hiệu ứng dùng Hướng ứng dụng chung Ưu và nhược của nano Ứng dụng công nghệ nano tại Việt Nam Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nanomet. Về trạng thái của vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái: rắn, lỏng và khí. Vật liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay, chủ yếu là vật liệu rắn, sau đó mới đến chất lỏng và khí. Về hình dáng vật liệu, người ta phân ra thành các loại sau:

Bài Tiểu Luận

Đề tài nghiên cứu: Công nghệ nano

Các thành viên trong nhóm:

Trần Dũng MinhHuỳnh Gia KhươngNguyễn Đức HiếuGiáo viên hướng dẩn: T.s: Từ Bích Thủy

Công nghệ nano (Nanotechnology ) là ngành công

nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước trên quy

mô nanomet (nm, 1 nm = 10−9 m)

• Phân loại vật liệu nano

• Cơ sở khoa học của công nghệ nano

• Các nguyên lý và hiệu ứng dùng

• Hướng ứng dụng chung

• Ưu và nhược của nano

• Ứng dụng công nghệ nano tại Việt Nam

Vật liệu nano

Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có

kích thước nanomet Về trạng thái của vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái: rắn, lỏng và khí

Vật liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay, chủ yếu là vật liệu rắn, sau đó mới đến chất lỏng và khí Về hình dáng vật liệu, người ta phân ra thành các loại sau:

Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích

thước nano, không còn chiều tự do nào cho điện tử)

Ví dụ: đám nano, hạt nano

Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều

có kích thước nano, điện tử được tự do trên một chiều

(hai chiều cầm tù)

Ví dụ: dây nano, ống nano

Các dây nano quan sát bằng kính hiển

vi điện tử

Các đường cong từ trễ đo ở 10 K ở các chế độ xử lý nhiệt khác nhau

Ảnh chụp cắt ngang màng mỏng đa lớp Si/SiO2/Cu/IrMn/CoFeB/MgO/CoFeB/Ta/Cu/Au được thực hiện trên

kính hiển vi điện tử truyền qua

TECNAI T20, các lớp chỉ có chiều dày

từ vài nanomet đến vài chục nanomet

Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có

kích thước nano, hai chiều tự do

Ví dụ: màng mỏng

Cơ sở khoa học của công nghệ nano

Có ba cơ sở khoa học để nghiên cứu công nghệ nano:

•Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử

•Hiệu ứng bề mặt

•Kích thước tới hạn

Độ dài tới hạn của một số tính chất của vật liệu.

Lĩnh vực Tính chất Độ dài tới hạn (nm) Tính chất điện

Bước sóng điện tử 10-100 Quãng đường tự do trung bình không đàn hồi 1-100 Hiệu ứng đường ngầm 1-10

Tính chất từ Độ dày vách domain 10-100

Quãng đường tán xạ spin 1-100 Tính chất quang

Hố lượng tử 1-100

Độ dài suy giảm 10-100

Độ sâu bề mặt kim loại 10-100

Tính siêu dẫn Độ dài liên kết cặp Cooper 0,1-100

Độ nhăn bề mặt 1-10 Xúc tác Hình học topo bề mặt 1-10

Siêu phân tử

Độ dài Kuhn 1-100 Cấu trúc nhị cấp 1-10 Cấu trúc tam cấp 10-1000 Miễn dịch Nhận biết phân tử 1-10

Các nguyên lý và hiệu ứng dùng

Một trong những tính chất quan trọng của cấu trúc nano

là sự phụ thuộc vào kích thuớc Vật chất khi ở dạng vi thể (nano size) có thể có những tính chất mà vật chất khi ở dạng nguyên thể (bulk) không thể thấy đuợc

Khi kích thuớc của vật chất trở nên nhỏ tới kích

thuớc nanomet, các electron không còn di chuyển

trong chất dẫn điện như một dòng sông, mà đặc tính cơ lượng tử của các điện tử biểu hiện ra ở dạng sóng

• Hiệu ứng đường hầm: điện tử có thể tức thời chuyển

động xuyên qua một lớp cách điện Lợi điểm của hiệu ứng này là các vật liệu điện tử xây dựng ở kích cỡ nano không những có thể được đóng gói dày đặc hơn trên

một chip mà còn có thể hoạt động nhanh hơn, với ít

electron hơn và mất ít năng lượng hơn

những transistor thông thường

• Sự thay đổi của những tính chất của vật chất chẳng hạn như tính chất điện và tính chất quang phi tuyến (non-

linear optical)

• Hiện nay liên hệ giữa tính chất của vật chất và kích

thước là chúng tuân theo "định luật tỉ lệ" (scaling law) Những tính chất căn bản của vật chất, chẳng hạn như nhiệt độ nóng chảy của một kim loại, từ tính của môt

chất rắn (chẳng hạn như tính sắt từ và hiện tượng từ

trễ), và vùng cấm của chất bán dẫn (semiconductor) phụ thuộc rất nhiều vào kích thước của tinh thể thành phần, miễn là chúng nằm trong giới hạn của kích thước

nanomet

Hướng ứng dụng chung

Các cấu trúc nano có tiềm năng ứng dụng làm thành

phần chủ chốt trong những dụng cụ thông tin kỹ thuật có những chức năng mà truớc kia chưa có Chúng có thể đuợc lắp ráp trong những vật liệu trung tâm cho điện

từ và quang Những vi cấu trúc này là một trạng thái độc nhất của vật chất có những hứa hẹn đặc biệt cho những sản phẩm mới và rất hữu dụng

Công nghệ nano trong y học

Y tế là một trong những ứng dụng lớn nhất của công nghệ

nano Ví dụ như việc điều trị bệnh ung thư, nhiều phương pháp điều trị khác nhau đã được thử nghiệm để có thể hạn chế các khối u phát triển và tiêu diệt chúng ở cấp độ tế bào

Công nghệ nano trong tương lai không xa sẽ giúp con người chống lại căn bênh ung thư quái ác Ngay cả những căn bênh ung thư khó chữa nhất như ung thư não, các bác sĩ sẽ có thể

dễ dàng điều trị mà không cần mở hộp sọ của bệnh nhân hay bất kỳ phương pháp hóa trị độc hại nào

Cấu tạo của robot nano

Robot nano dẫn đường tế bào

đến nơi cần chữa trị

Robot nano đang chữa bệnh Các robot nano đang loại bỏ tế

bào gây ung thư

Công nghệ nano trong các đồ điện tử quanh

chúng ta:

Nhắc đến công nghệ nano, có thể bạn sẽ nghĩ đến những dự

án khoa học đang được tiến hành bởi các giáo sư hàng đầu

trong phòng thí nghiệm, những công nghệ cao cấp và tiên tiến nhất Tuy nhiên thực tế có thể bạn đang sử dụng một số sản phẩm của công nghệ nano ngay lúc này Những bộ vi xử lý

được làm từ vật liệu nano khá phổ biến trên thị trường

Công nghệ nano cũng đóng góp không nhỏ trong lĩnh vực điện

tử, đặc biệt là công nghệ năng lượng Pin nano trong tương lai

sẽ có cấu tạo theo kiểu ống nanowhiskers Cấu trúc ống này sẽ khiến các cực của pin có diện tích bề mặt lớn hơn rất nhiều

lần, giúp nó lưu trữ được nhiều điện năng hơn Trong khi kích thước của viên pin sẽ ngày càng được thu hẹp lại

Trực thăng điều khiển siêu nhỏ Máy giặt ứng dụng công nghệ

nano giúp tẩy sạch mọi vết bẩn

Máy lọc nước nano lọc bỏ những

chất bẩn vi sinh, khử khuẩn

Vi mạch siêu nhỏ

Công nghệ nano trong ứng dụng may mặc:

Giọt nước không thấm qua đươc sợi

Công nghệ nano trong tự nhiên

Bề mặt của lá sen được bao phủ bởi một lớp lông đặc biệt có kích thước cỡ nanomet, khiến những giọt nước không thể ngấm hay bám vào bề mặt của lá Mô phỏng điều này, các nhà khoa học đã tạo ra một lớp ống nano siêu nhỏ trên bề mặt của vải và từ đó tạo ra những bộ quần áo không thấm nước và chống bụi bẩn

Một ví dụ khắc với loài tắc kè trong dự án nghiên cứu một thiết bị đi trên tường của nhóm nghiên cứu Robert Full tại đại học Berkeley

Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng, mỗi ngón chân của tắc kè được bao phủ bởi một lớp lông có kích thước siêu nhỏ, giúp chúng có thể bám dính vào các bề mặt mịn theo lực van der Waals (độ bám dính giữa các phân tử) Mô phỏng điều đó, các nhà khoa học cũng tạo ra

những miếng đệm với lớp ống nano siêu nhỏ mà có thể

hỗ trợ những người leo núi bám tốt hơn trên các vách đá

sẽ được thưởng thức những món ăn với hương vị vô

cùng lạ mà giá trị dinh dưỡng vẫn cao nhờ công nghệ nano thực phẩm

Nghiên cứu tạo ra thực phẩm từ công nghệ nano để giải quyết vấn đề thiếu lương thực

Ngày nay, với các cấu trúc như liposome, microemulsion hoặc

microcapsule, chỉ cần một lượng nhỏ của các thành phần này là có thể thẩm thấu sâu hơn vào da

Công nghệ nano trong quân sự:

• Quốc phòng cũng là một lĩnh vực đang rất chú ý đến

nghiên cứu công nghệ nano Giới quân sự Mỹ giờ đây đặc biệt quan tâm đến công nghệ này Vì những thiết bị

kỹ thuật siêu nhỏ có thể trở thành vũ khí nguy hiểm hơn

cả bom nguyên tử Với một đội quân vô hình và sự nhân bản, robot siêu nhỏ có thể tiêu diệt kẻ thù chỉ trong chớp nhoáng

• Hiện nay công nghệ nano đang là một thách thức đối với chiến lược phát triển khoa học ở nhiều nước, đặc biệt là những nước có nền khoa học phát triển như Mỹ, Đức, Pháp và Nhật Bản

Tên lửa đươc chế tao từ công

Nhờ ứng dụng công nghệ nano giúp

chế tạo áo tàn hình cho binh sĩ Áo giáp làm giúp chống chịu được mọi loại đạn trong cự ly gần

Ưu điểm và nhược điểm

.Tăng cường các sản phẩm và qui trình sử dụng công nghệ

nano thân thiện với môi trường hay “sạch và xanh”.

Quản lý các vật liệu nano và sản xuất chúng để giảm đến mức tối thiểu những rủi ro tiềm ẩn về môi trường, sức khỏe và sự an toàn

.Sử dụng công nghệ nano để làm sạch những các địa điểm có

chất thải độc hại và giải quyết những vấn đề ô nhiễm khác

.Thay thế sản phẩm hiện tại ít thân thiện với môi trường bằng

những sản phẩm tạo ra từ công nghệ nano xanh

Nhược điểm:

.Có nguy cơ ảnh hưởng đến sức khỏe con người

.Nano bạc tiềm ẩn mối nguy hiểm ảnh hưởng đến môi trường

Ưu điểm:

Bằng những ứng dụng của công nghệ sinh học hiện đại cùng với công nghệ Nano tiên tiến các nhà Khoa học đã nghiên cứu, tìm tòi trong 21 năm kể từ năm 1980 cho đến năm 2001

họ đã cho ra đời dòng chế phẩm sinh học hiện đại của thế kỷ

21 đó là chế phẩm sinh học “Vườn Sinh Thái” ứng dụng

trong chăn nuôi và trồng trọt và đã mang lại hiệu quả kinh tế cao, được nhân dân thế giới lựa chọn và tin dùng

Ứng dụng công nghệ nano ở nước ta

Chế phẩm sinh học "Vườn Sinh Thái”

Thử nghiệm công nghệ sinh học và nano tại di tích Mỹ Sơn

• Theo trình tự, cây cỏ dại mọc bám trên thân tháp được cắt

bỏ, làm sạch, rồi dùng các loại thuốc sinh học bơm vào

thân cây để diệt tận gốc; sau đó bề mặt tháp tiếp tục được trám bít bằng dầu rái rồi mới phủ chất liệu nano

• Chất liệu nano sẽ không cho các loại thực vật gây hại phát triển, đồng thời giữ cho bề mặt viên gạch ổn định

Nhóm tháp B Mỹ Sơn, nơi đang khảo nghiệm xử lý công nghệ mới

Công nghệ nano trong công nghệ sinh học

Hiện các nghiên cứu và ứng dụng triển khai công nghệ nano nói chung và CNSH nano nói riêng đang được

thực hiện ở một số đơn vị nghiên cứu và triển khai, chủ yếu tập trung tại TP HCM và Hà Nội

vi cân tinh thể thạch anh QCM phát hiện khuẩn

tả

Keo

bạc

nano