Chạy_đua_công_nghệ_nano.PDF

Ngày nay, có thể ta tình cờ nghe một vài vấn đề nào đó hoặc một sản phẩm nào đó có liên quan đến hai chữ “nano”.Ở khoảng nửa thế kỷ trước, đây thực sự là một vấn đề mang nhiều sự hoài ng

Mở Đầu

Xu hướng của khoa học ứng dụng hiện nay là tích hợp lại để cùng nghiên cứu các đối tượng nhỏ bé có kích thước tiến đến kích thước của nguyên tử Hàng ngàn năm trước đây, kể từ khi các nhà bác học cổ Hy Lạp xác lập các nguyên tắc đầu tiên về khoa học (đúng hơn là siêu hình học), thì các ngành khoa học đều được tập trung thành một môn duy nhất đó là triết học, chính vì thế người ta gọi họ là nhà bác học vì họ biết hầu hết các vấn đề của khoa học Đối tượng của khoa học lúc bất giờ là các vật thể vĩ mô Cùng với thời gian, hiểu biết của con người càng tăng lên, và do đó, độ phức tạp cũng gia tăng, khoa học được phân ra theo các ngành khác nhau như toán học, vật lí, hóa học, sinh học, để nghiên cứu các vật thể ở cấp độ lớn hơn micro mét

Trong thập kỷ vừa qua, các sản phẩm của nền công nghiệp công nghệ nano

đã nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường, kể cả trong lĩnh vực khoa học hay đời sống.Vì thế, bài này chúng em xin giới thiệu sơ lược về công nghệ nano và việc chạy đua công nghệ nano hiện nay

Mục Lục

Mở Đầu 1

Mục Lục 2

Chương I: Công nghệ nano tạo ra sức cạnh tranh quyết liệt 3

1.1 Một vài khái niệm về công nghệ nano 3

1.2 Các vấn đề của việc ứng dụng vật liêu nano 5

Chương II: Tiềm năng giải quyết các bài toán của nhân loại có tính toàn cầu 7

2.1 Công nghệ nano và vấn đề sức khỏe và y tế 7

2.2 Công nghệ nano và vấn đề năng lượng .10

2.3 Công nghệ nano và vấn đề môi trường .13

Chương III: Sự phát triển công nghệ nanô trên thế giới .17

3.1 Chương trình NNI, Hoa Kỳ .17

3.2 Nhật Bản .21

3.3 Trung Quốc .22

3.4 Pháp .25

3.5 Vương Quốc Anh (UK) .26

3.6 Việt Nam .28

Kết luận 35

Tài liệu tham khảo 36

Chương I: Công nghệ nano tạo ra sức cạnh tranh quyết liệt

Ngày nay, có thể ta tình cờ nghe một vài vấn đề nào đó hoặc một sản phẩm nào đó có liên quan đến hai chữ “nano”.Ở khoảng nửa thế kỷ trước, đây thực sự là một vấn đề mang nhiều sự hoài nghi về tính khả thi, nhưng trong thời đại ngày nay

ta có thể thấy được công nghệ nano trở thành một vấn đề hết sức thời sự và được

sự quan tâm nhiều hơn của các nhà khoa học.Các nước trên thế giới hiện nay đang bước vào một cuộc chạy đua mới về phát triển và ứng dụng công nghệ nano

1.1 Một vài khái niệm về công nghệ nano

Ý tưởng cơ bản về công nghệ nano được đưa ra bởi nhà vật lý học người Mỹ Richard Feynman vào năm 1959, ông cho rằng khoa học đã đi vào chiều sâu của cấu trúc vật chất đến từng phân tử, nguyên tử vào sâu hơn nữa Nhưng thuật ngữ

“công nghệ nano” mới bắt đầu được sử dụng vào năm 1974 do Nario Taniguchi một nhà nghiên cứu tại trường đại học Tokyo sử dụng để đề cập khả năng chế tạo cấu trúc vi hình của mạch vi điện tử

Chữ nano, gốc Hy Lạp, được gắn vào trước các đơn vị đo để tạo ra đơn vị ước giảm đi 1 tỷ lần(10-9

) Ví dụ : nanogam = 1 phần tỷ của gam ; nanomet = 1 phần tỷ mét Công nghệ nano là công nghệ xử lý vật chất ở mức nanomet Công nghệ nano tìm cách lấy phân tử đơn nguyên tử nhỏ để lắp ráp ra những vật to kích

cỡ bình thường để sử dụng, đây là cách làm từ nhỏ đến to khác với cách làm thông thường từ trên xuống dưới, từ to đến nhỏ

Vật liệu ở thang đo nano, bao gồm các lá nano, sợi và ống nano, hạt nano được điều chế bằng nhiều cách khác nhau Ở cấp độ nano, vật liệu sẽ có những tính năng đặc biệt mà vật liệu truyền thống không có được đó là do sự thu nhỏ kích thước và việc tăng diện tích mặt ngoài của loại vật liệu này

Vật liệu Nano có thể được định nghĩa một cách khái quát là loại vật liệu mà trong cấu trúc của các thành phần cấu tạo nên nó ít nhất phải có một chiều ở kích thước nanomet

Có rất nhiều cách phân loại vật liệu nano:

 Về trạng thái của vật liệu, người ta phân thành 3 trạng thái:

 Vật liệu nano sinh học

Công nghệ nano bao gồm việc thiết kế, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị hay hệ thống ở kích thước nanomet (1nm = 10-9m) Sản phẩm của công nghệ nano có nhiều ưu việt, trong đó có 2 ưu việt chủ yếu:

 Kính thước cấu trúc nano thuộc thang nano nên cực nhỏ làm cho các sản phẩm nhỏ gọn, do đó tiêu phí ít vật liệu, ít năng lượng, ít hoặc không gây ô nhiễm môi trường và giá thành giảm nhanh khi nhu cầu tăng

 Ưu việt chủ yếu hơn lại là các sản phẩm công nghệ nano có nhều tính năng mới, không thể thay thế bằng vật liệu khác được

1.2 Các vấn đề của việc ứng dụng vật liêu nano

Các loại vật liệu nano được chú ý sớm đưa vào ứng dụng, đạt đến 17% doanh số chung của các sản phẩm nano Phần lớn các ứng dụng này là sự thay thế vật liệu nano vào các vật liệu của công nghệ cũ, tạo ra hiệu quả mới với chất lượng cao hơn và giá thành thấp Trong đó có một số lĩnh vực:

 Lĩnh vực phân tán và bao phủ hạt nano:

Vì các hạt nano có diện tích mặt ngoài rất lớn, có thể gây nên những hiệu quả bất ngờ khi làm phân tán và bao phủ chúng ở thanh nano trên hoặc trong các vật liệu, linh kiện Ví dụ khi phủ các bột hạt tinh thể nano làm tăng độ bền và tính dẻo dễ nén theo khuôn của một số gốm, composit, hợp kim……Có thể kể ra một loạt các sản phẩm do phân tán và bao phủ hạt nano: mực in phun, chụp ảnh điện, chụp ảnh điện, dược phẩm, thước trừ sâu, chất bôi trơn, linh kiện điện tử, kính và vải không dính nước…

 Lĩnh vực vật liệu có diện tích mặt ngoài cao

Vì các hạt nano có diện tích mặt ngoài cao hơn hẳn các vật liệu cổ điển nên chúng được dùng rất hiệu quả vào các trường hợp:

 Các vật liệu có vi lỗ xốp dùng để lưu trữ năng lượng và để phân ly với tính lọc lựa cao

 Vật liệu cách nhiệt dung cho các cỗ máy nhiệt dộ cao

 Vật liệu xúc tác cho mọi quá trình hóa dầu

 Tách chiết sinh hóa và dược phẩm

 Dung trong ắc quy và điện dung chất lượng cao

 Đưa vào trong vật liệu chế tạo công nghệ để nâng cao độ bền…

 Linh kiện chức năng ở thang nano

Các công cụ kỹ thuật hiện nay đã cho phép chế tạo được các cấu trúc nano

có kích thước từ 0,1 đến 50nm Do đó đã đưa vào ứng dụng chế tạo các linh kiện chức năng cho kỹ thuật điện tử nano

 Vật liệu cấu trúc hóa nano ( nanostructured materials)

Đó là các vật liệu rắn ở thể khối lớn mà ở trong nó được xử lý để có các cấu trúc nano, ví dụ có các hạt nano, tấm mỏng nano… Các loại vật liệu này được cấu trúc hóa nano như vậy thường hay thay đổi tính năng so với lúc chưa có sử lý.Những tính chất cơ, điện, từ…đều có đột biến Ví dụ thép vonfram-coban (WC/Co) sau khi xử lý cấu trúc hóa nano có độ cứng tăng lên gấp đôi; bê tông ( không cần lõi thép) chúa các hạt nano có độ bền kỷ lục, thậm chí một số thép thường sau khi sử lý trở nên không hoặc khó rỉ

 Sự phát triển của ứng dụng công nghệ nano

Sự phát triển và trưởng thành của công nghệ nano đặt ra những vấn đề lớn cho công ty đa quốc gia khổng lồ Đó là tăng cường các đơn vị nghiên cứu và phát triển công nghệ nano, kịp thời và nhanh chóng đưa ra các sản phẩm mới để cạnh tranh

Chương II: Tiềm năng giải quyết các bài toán của nhân loại có tính

toàn cầu

Bước sang thế kỉ 21, nhiều vấn đề lớn của nhân loại được đặt ra mang tính toàn cầu.Có những vấn đề thuộc lĩnh vực xã hội như chiến trang, phân cực giàu nghèo, tệ nạ xã hội…Có những vấn đề liên quan nhiều đến khoa học và công nghệ như nâng cao chất lượng chữa bệnh và bảo về sức khỏe, một nguồn năng lượng phong phú, an toàn và rẻ tiền cho phát triển, phục hồi môi trường và bảo vệ môi trường, hệ sinh thái…Dưới đây trình bày tiềm năng to lớn của công nghệ nanao giải quyết các bài toán của nhân loại có liên quan với khoa học và công nghệ (KH& CN)

2.1 Công nghệ nano và vấn đề sức khỏe và y tế

Nhiều bệnh nan y đang tồn tại và xuất hiện thêm làm lo ngại toàn nhân loại, các bệnh nan y cổ điển: ung thư, liệt rung, nhũn não, mất trí, các bệnh di truyền các bệnh truyền nhiễm vi khuẩn mới: HIV/AIDS, ERBOLA các bệnh chức nang như tim mạch, cao huyết áp, tiểu đường, béo phì…Mọi người đều phải đối phó với rủi ro, không của người, người giàu cũng có thể chết bệnh, mặc dầu rằng nhìn chung tuổi thọ trung bình cao hơn ở các nước có kinh tế phát triển hơn

Ước vọng hàng đầu của loài người hiện nay là mọi người được hưởng dịch

vụ y tế toàn diện, chất lượng cao, chủ động được sức khoẻ của mình Trên toàn thế giới, người thân gặp nhau đến “ chúc sức khỏe tốt” vì hiện nay sức khỏe còn đương

là chuyện ngẫu nhiên, rủi ro Lý do dễ hiểu và loài người hiện nay đã bay vào vũ trụ, nhìn xa vào vũ trụ tới khoảng cách hàng chục tỷ năm ánh sáng, khoan sâu vào lòng đất đến hơn 10km, trong khi còn rất thiếu hiểu biết về chính bản thân mình,

cơ thể mình

Gần đây nhờ những thành tựu của di truyền học, sinh học phân tử, công nghệ sinh học (CNSH) đã lập được bản đồ gen người và đi tới kết luận quan trọng

là cơ chế chủ yếu của sự sống nói chung, của cơ thể chúng ta nói riêng đều tuân theo các quy luật về tính chất, hành vi của các phân tử nói chung, phân tử sinh học nói riêng, nghĩa là thuộc vào thang nano.Các bloc phân tử xây dựng nên sự sống như protein, axit nhân (AND), chất béo (lipit), chất cacbon-hydrat (carbohydrate), enzim…đều là các ví dụ về loại vật liệu có các tính năng độc đáo xác định bới kích thước, nếp gấp,cấu hình của chúng ở thang nano Bởi vậy việc ứng dụng công nghệ nano vào việc bảo vệ, sửa chữa các sai lệnh trong hệ thống các cấu trúc nano phân

tử của sự sống là hiển nhiên, mang lại hiệu quả lớn và thực tế đã chứng tỏ như vậy.Có thể nêu một số ưu việt chủ yếu của việc ứng dụng công nghệ nano vào y tế như sau:

- Tăng cao tốc độ và hiệu quả trong chẩn đoán và điều trị

- Bảo vệ sức khỏe có hiệu lực và ít tốn kém bằng việc sử dụng các linh kiện điều khiển từ xa và ở trong cơ thể người

- Nhiều công thức, lộ trình mới để chuyển thuốc đến chỗ cần của cơ thể, mở rộng cao độ tiềm năng điều trị bằng việc đưa nhiều loại thuốc mới đến trúng mục tiêu, ngay cả những nơi mà trước đây không truyền tới được

- Có nhiều cơ quan nội tạng và mô nhân tạo chống thải bỏ lâu dài

- Có nhiều phương tiện mới trợ thính và trợ thị

- Có nhiều loại cảm biến phát hiện bệnh mới phát sinh trong cơ thể, chuyển

sự tập trung của khách hàng từ chữa bệnh sang phòng ngừa và phát hiện sớm bệnh

Trên thế giới, nhiều chính phủ nhận ra kỹ thuật nano sinh học sẽ là động cơ chính phát triển công nghệ y học.Vì thế, để chữa bệnh ung thư người ta tìm cách đưa các phân tử thuốc đến đúng các tế bào ung thư qua các hạt nano đóng vai trò là

“ xe tải kéo”, tránh được hiệu ứng phụ gây ra cho các tế bào lành Y tế nano ngày nay đang nhằm vào những mục tiêu bức xúc nhất đối với sức khỏe con người, đó là các bệnh do di truyền có nguyên nhân từ gien, các bệnh hiện nay như: HIV/AIDS, ung thư, tim mạch, các bệnh đang lan rộng hiện nay như béo phì, tiểu đường, liệt

rung (Parkison), mất trí nhớ (Alzheimer), rõ ràng y học là lĩnh vực được lợi nhiều nhất từ công nghệ này Đối với việc sửa sang sắc đẹp đã có sự hình thành nano phẩu thuật thẩm mỹ,nhiều lọai thuốc thẩm mỹ có chứa các loại hạt nano để làm thẩm mỹ và bảo vệ da Đây là một thị trường có sức hấp dẫn mạnh, nhất là đối với công nghệ kiệt xuất mới ra đời như công nghệ nano

Các nhà khoa học về lĩnh vực nano đang hi vọng tạo ra một thế hệ robot thu nhỏ mà có thể chinh phục được mọi thách thức của cuộc sống Trước tiên là trong

y học, robot nano có thể dùng để chiến đấu chống virus, vi trùng Chúng có thể đảm nhiệm là một nhà phẫu thuật hoàn hảo, được huy động để thực hiện kiểm soát

hệ mao mạch và tiêu diệt các tế bào gây bệnh

Các robot đó có thể lấy mẫu mô, xác định các thành phần hóa học của mô và ngăn chặn những thay đổi trong mô, thu thập và phân tích các thông tin bên trong phân tử của các hệ cơ quan Lợi ích chính của loại robot trong y học này là có thể phát hiện những dị dạng của tế bào và sửa chữa nó.Tuy nhiên, các nhà khoa học dự tính con người phải mất 25 năm nữa mới có thể triển khai những ứng dụng này

Các nhà khoa học Mỹ cũng đang chế tạo ra các phòng thí nghiệm siêu nhỏ

mà có thể nằm gọn trong lòng bàn tay nhờ công nghệ nano Những phòng thí nghiệm này có thể cho ngay những kết quả phân tích ở mọi bệnh tật, từ tiểu đường cho tới HIV.Trong công nghệ dược phẩm và hóa sinh, ứng dụng công nghệ nano, người ta có thể bào chế ra nhiều loại thuốc trên cơ sở cấu trúc nano để có thể tập trung chính xác vào khu vực cơ thể cần dùng đến thuốc

Và đặc biệt công nghệ nano trong tương lai còn có thể cho phép tạo ra những vật chất gần giống với cơ thể con người nhằm dùng thay thế những cơ thể bị hỏng của con người Các công ty đang phát triển công nghệ này là BioPhan, General Electrics, Johnson & Johnson, LabNow, Nanokinetics, NASA và Quantum Dot

2.2 Công nghệ nano và vấn đề năng lượng

Trong thế kỉ này vấn đề năng lượng nổi lên như một thách thức nghiêm trọng vì nguồn dầu khí rẻ tiền trở nên cạn kiệt, nguồn năng lượng phân rã hạt nhân chứng tỏ quá nguy hại, khó lường, cả trước mắt và lâu dài, nguồn năng lượng tổng hợp hạt nhân bị khó về kĩ thuật, chưa hứa hẹn gì là chắc chắn, nguồn năng lượng than hoặc sinh khối tăng phát thải khí ô nhiễm và C02 gây biến đổi khí hậu toàn cầu, thủy năng đã khai thác quá mức lại thêm nạn phá rừng và ảnh hưởng những

hồ, đập lớn đe dọa các hệ sinh thái, ngoài năng lượng mặt trời các nguồn năng lượng khác đều chưa hứa hẹn gì cho tương lai

Năng lượng mặt trời đúng là nguồn gốc của sự sống trên trái đất, nhưng nó

có những nhược điểm lớn : không thường xuyên, liên tục do thay đổi ngày đêm, do thời tiết bất thường, mật độ thấp, tối đa khoảng 1kW/m2 do đó khó có khó biến thành các nguồn điện năng lớn cần thiết thay thế cho các nguồn điện hiện nay, trên thế giới hiện nay tổng nguồn điện pin mặt trời được lắp đặt ở Mỹ, EU và Nhật khoảng 150Me, giá thành còn cao, ở Việt Nam mới có khoảng vài trăm KWe, giá

kể cả lắp đặt đến 7- 8000USD/kW, nhưng nếu tính cả vòng đời (15-20 năm) thì giá điện có thể chấp nhận được

Như vậy vấn đề cốt lõi để phổ biến dùng năng lượng mặt trời hiện nay là giám giá thành bằng nâng cao hiệu suất biến năng lượng mặt trời điện năng ( hiện khoảng 10-25%) và chuyền năng lượng bức xạ thành nhiều dạng khác như sinh khối ( qua quang hợp), khí hydro qua quá trình quang phân…

Công nghệ nano có những tiềm năng to lớn để đạt các mục tiêu trên đây Đã tiến hành thực nghiệm trong phòng thí nghiệm và đưa vào ứng dụng một số loại pin mặt trời mới ứng dụng công nghệ nano Đã chế tạo các pin mặt trời bằng các lớp mấp mô các hạt tinh thể nano bán dẫn, các chấm lượng tử cách ly hoặc xếp chặt thành dãy trật tự/ không trật tự Loại pin mặt trời khác là các chấm lượng tử nuôi cấy ghép tự sắp xếp hai chiều hoặc ba chiều, loại khác dùng các hạt tinh thể

nano của oxyt có dải cấm rộng ( như Ti02) hoạt động trong tế bào quang điện hóa… Nhiều pin mặt trời mới với hiệu suất cao đã xuất hiện, là kết quả ứng dụng công nghệ nano

Các tinh thể nano và các cấu trúc nano bán dẫn đã được ứng dụng rất có hiệu quả như các vật liệu quang hoạt để sử dụng photon ánh sáng mặt trời chuyển các phân tử thông thường thành nhiên liệu và hóa chất Ví dụ quang phân tử nước thành khí hydro nhiên liệu, quang hoàn nguyên CO2 thành rượu và nguyên liệu hydro – cacbon…

Các sản phẩm trên đây dễ chế tạo, dễ sử dụng và giá thành hạ có tiềm năng cung cấp nguồn năng lượng điện vô tận, giá rẻ cho mọi người Việc quang phân nước ra hydro làm chạy pin nhiên liệu sẽ làm thay đổi cơ bản nghàn giao thông vận tải Việc chuyển từ năng lượng mặt trời sang dạng nhiều dạng năng lượng khác như trên lại hoàn toàn không gây ô nhiễm và không phát thải CO2

Một bước đột phá khác về năng lượng mà công nghệ nano mang lại là tiềm năng thay dổi cơ bản quá trình chuyển đổi năng lượng từ nhiên liệu qua máy đốt thành điện hoặc từ điện qua máy nén khí để làm lạnh với hiệu suất thấp và gây ô nhiễm.Một số loại vật liệu nano có hiệu ứng nhiệt điện đặc biệt cao, vật liệu đó làm chuyển đổi trực tiếp mà không cần qua động cơ, gọi chúng là máy chất rắn nano (all- solid- state nanoconvertor).Như vậy công nghệ nano đã làm tiết kiệm rất lớn năng lượng.Tiết kiệm năng lượng nhất là năng lượng điện sẽ giảm nhẹ thách thức hiện nay Một ví dụ về vấn đề tiết kiệm năng lượng điện mà hạt nano mang lại rất đáng kinh ngạc Hiện nay hàng tỷ cỗ máy đang hoạt động phải dùng chất lỏng ( nước, dầu ) để làm nguội hoặc làm nóng ( ví dụ để sấy) Thực tế chứng tỏ rằng nếu pha vào các chất lỏng đó một lượng hạt nano cần thiết thì ta có chất lỏng nano với

độ dẫn nhiệt và tốc độ truyền nhiệt sẽ cao hơn hẳn, mang lại lợi ích khổng lồ

Trong các máy điện hiện nay dùng rất nhiều vật liệu từ, từ cứng như nam châm, từ mềm như như trong roto…Một số vật liệu nano khi dùng dể chế tạo vật

liệu từ sẽ giảm hẳn tổn hao năng lượng khi máy hoạt động và nâng cao tính năng từ của nam châm Vì số máy điện hiện dùng có mặt ở mọi ngành công nghiệp và ở khắp nơi, nên sự tiết kiệm này là rất lớn

Ở các phần trên cũng đã nói đến sự nâng cao tính năng của vật liệu sắt từ nhờ công nghệ nano Điều này cũng dẫn đến việc tiết kiệm được vật liệu và do đó cũng đóng góp vào tiết kiệm năng lượng

Từ kết quả đã đạt được, có thể thấy trong thập kỉ tới các hướng ưu tiên trong nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano và vấn đề năng lượng sẽ là :

- Nghiên cứu hoàn thiện để thương mại hóa rộng rãi với giá rẻ các loại pin mặt trời hiệu suất cao dựa trên vật liệu nano

- Chất xúc tác nano để nâng cao hiệu suất chuyển năng lượng của hydrocacbon thành nhiệt năng, chất xúc tác nano và màng nano để phát triển các loại pin nhiên liệu đa năng có thể dùng nhiều loại vật liệu làm nhiên liệu

- Vật liệu nano làm máy nhiệt điện và máy lạnh loại mới để nâng cao hiệu suất chuyển đổi nhiệt điện

- Vật liệu nano để chế tạo các loại vật liệu điện từ mới, các thiết bị điều khiển mới nhằm tiết kiệm năng lượng và bảo đảm an toàn cho mạng lưới năng ượng nói chung, năng lượng điện nói riêng

Nhờ công nghệ nano, những loại pin mới có khả năng quang hợp nhân tạo sẽ giúp con người sản xuất năng lượng sạch Với công nghệ nano, người ta cũng có thể chế tạo ra những thiết bị ít tiêu tốn năng lượng hơn do sử dụng những loại vật liệu nhỏ nhẹ hơn Hơn nữa, các màng nano (với chi phí sản xuất rất thấp) hứa hẹn

có thể hấp thụ được nhiều năng lượng mặt trời hơn quang điện hiện nay và có thể khởi động cho một cuộc cách mạng trong việc sử dụng năng lượng mặt trời.Hiện nay, các công ty đang tập trung vào nghiên cứu lĩnh vực này là Carbon Nanotechnologies, mPhase Technologies, NanoSolar, Nanosys và UltraDots

2.3 Công nghệ nano và vấn đề môi trường

Môi trường là vấn đề toàn cấu rất bức xúc của nhân loại Nghị định thư Kyoto còn đang bị treo bởi những nước phát thải CO2 nhiều nhất, mặc dầu tác động của hiệu ứng nhà kính do khí này gây ra đã là một thực tế đe dọa Thời tiết bất thường trong những năm gần đây, báo hiệu thảm họa của biến đổi khí hậu toàn cầu chắc chắn sẽ tới nếu không có hành động kiên quyết

Khi công nghệ nano được ứng dụng để thay đổi cơ cấu năng lượng, với thành phần năng lượng tái tạo mà trước hết là năng lượng mặt trời tăng dần, thì đó chính là một đóng góp quan trọng vào việc giải quyết vấn đề môi trường và cụ thể

là giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu

Nếu nhìn rộng thì vấn đề môi trường, sự cân bằng của hệ sinh thái đều là các vấn đề mà nguồn gốc của chúng chỉ có thể hiểu được và xử lý được ở mức phân tử, tức là ở thang nano Thực vậy, các quá trình vật lý và hóa học ở thang nano quyết định hiện tượng thu gom hoặc phát tán các chất dinh dưỡng hoặc các chất gây độc Các cấu trúc keo( gel ) hoặc sol khí là các vị trí ở đó xảy ra các tương tác phức tạp với vi khuẩn để biến một tập hợp rộng rãi các hợp chất vô cơ và hữu cơ thành có tính hữu dụng sinh học nhiều hoặc ít Các hạt nano có hoạt tính cao có thể hấp thụ hoặc vận chuyển chất gây ô nhiễm hoặc dạng keo huyền phù hoặc sol khí.Các hạt này cũng tham gia vào quá trình hóa học phức tạp trong khí quyển hoặc trong đất

mà ta có thể lựa chọn để khắc phục hoặc làm giảm nhẹ các thảm họa của môi trường

Một số ứng dụng của vật liệu nano để làm giảm ô nhiễm môi trường đã đạt hiệu quả tích cực.Pha các hạt nano oxit cesium vào mazut làm cho nhiệt độ đốt cháy của các hạt bụi khó giảm xuống, do đó làm giảm ô nhiễm khí thải Các hạt bụi sắt nano có tính oxy hóa cao , khi bơm hạt sắt nano hòa tan trong chất lỏng thích hợp xuống gần các hố chôn rác thì các hạt này oxy hóa, nó sẽ làm cho nhiều

chất hữu cơ cùng tham gia vào quá trình oxy hóa và bị phân hủy và không còn gây độc và bị kìm giữ mà không khuếch tán lan trong nền đất

Theo tài liệu của cơ quan chuyên trách của Liên hợp quốc thì vấn đề nước ngọt suy giảm mạnh nổi lên thành vấn đề số 1 của nhân loại ngay từ thế kỷ này với

số dân còn đang tiếp tục tăng cao Thậm chí có dự báo chiến tranh nguồn nước, đặc biệt ở các vùng sa mạc và khô hạn như Trung Đông Bởi vậy đám bảo một nguồn nước ngọt và dồi dào, rẻ tiền là đặc biệt bức xúc

Người ta nghĩ đến các biện pháp lọc nước mặn thành nước ngọt.Ý tưởng thì tốt nhưng biện pháp lọc được dùng trước đây, chủ yếu là tinh chế nước biển (đun nóng, làm bay hơi, rồi ngưng tụ), hoặc thẩm thấu ngược (reverse osmosis), đều tiêu tốn nhiều điện năng và nước ngọt có giá thành cao

Gần đây, nhờ công nghệ nano phát minh phương pháp mới gọi là phương pháp chảy qua điện dung (Flow Through Caparcitor– FTC) Dùng 2 điện cực đặt song song, một nối với điện dương (+), một nối với điện âm (-), đó là mô hình của dụng cụ điện gọi là điện dung (capacitor).Cho nước biển chạy qua điện dung Trong nước biển có muối mặn phân ly thành các ion dương như Na+

, Ca2+,… và các io âm như Cl-

, SO3-,…, các ion (+) bị hút bởi điện cực âm (-), các ion (-) bị hút bởi điện cực dương (+), nước chảy ra là nước ngọt Ý tưởng này trước đây không khả thi vì diện tích các điện cực không đủ để giữ các ion khi nước biển chảy qua Nhờ công nghệ nano có thể dùng ống nano cacbon dẫn điện tốt mà diện tích tiếp xúc lại cực lớn (chỉ cần 1g ống nano cacbon có thể có diện tích tiếp xúc cỡ 1000

m2) để làm điện cực Theo số liệu ban đầu phương pháp FTC tiêu thụ 0,5 Kwh/1

m3 nước ngọt Nếu giá điện là 7 cent/ Kwh thì theo tiền VNĐ sẽ tốn khoảng 560đ/m3

và cộng với các chi phí khác người ta thấy đó là giá thành rất hạ so với giá nước hiện nay ở các nước châu Âu (có thể 5USD/ m3) Đáng chú ý là trong phương pháp thẩm thấu ngược người ta rút nước ra khỏi muối, còn ngược lại ở phương pháp FTC người ta rút muối ra khỏi nước

Người ta thấy công nghệ nano có vai trò rất to lớn và rất có triển vọng.để giải quyết các vấn đề có ý nghĩa thời đại của toàn thế giới Tất nhiên, công nghệ chỉ phát huy được khi nó được sự ửng hộ của xã hội, để vượt qua các rào cản độc quyền và có thể được chuyển giao tự do cho những nơi có điền kiện tham gia cạnh tranh trong thị trường toàn cầu

Để giải quyết những vấn đề môi sinh, người ta có thể tạo ra những màng lọc các phân tử gây ô nhiễm nhỏ bé nhất, công nghệ nano này giờ đây đang được áp dụng khá phổ biến ở Pháp để lọc nước thải Những ứng dụng gần hơn với đời sống thường ngày là hiện nay một số công ty đã bắt tay vào sản xuất hạt nano dùng trong sơn, kính che nắng và ống carbon dùng trong công nghiệp điện tử Các ống carbon này có thể sử dụng trong nhiều mặt hàng thông dụng như transitor, điện thoại di động, xe hơi và cả những mặt hàng mỹ phẩm

2.4 Công nghệ nano và quốc phòng

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

Đây cũng chính là mặt trái của công nghệ nano khiến cho không ít các nhà khoa học băn khoăn liệu có thể coi nano là một hiểm họa giống như khi Albert Einstein phát hiện ra phản ứng phân hạch hạt nhân hay không 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 Việc cải tiến các thiết bị quân sự bằng các trang thiết bị, vũ khí nano rất tối tân mà sức công phá khiến ta không thể hình dung nổi

Bước vào thế kỷ 21, các quốc gia phát triển đã tăng ngân sách đáng kể cho phát triển công nghệ nano.Với tiến độ phát triển khoa học như ngày nay, nano có lẽ

sẽ trở thành hiện thực trong tương lai không xa.Những hình ảnh trong các bộ phim khoa học viễn tưởng ra mắt khán giả gần đây, được lấy cảm hứng từ tiến bộ công nghệ nano, chẳng bao lâu nữa sẽ trở thành hiện thực vì nano là một ý tưởng hoàn toàn thực tế

Đã từ nhiều năm qua, con người vẫn tự hào là khai thác nguồn tài nguyên tưởng như vô tận nhưng là hữu hạn để phục vụ cho những tiến bộ của mình, và giờ đây đã đến lúc chúng ta phải nghĩ lại việc tái tạo tài nguyên bằng chính những thành phần cơ bản nhất của vật chất, đó chính là một chương trình mới đang mở ra cho một kỹ nguyên của công nghệ nano

Chương III: Sự phát triển công nghệ nanô trên thế giới

Công nghệ nano gần đây trở thành một mũi nhọn nghiên cứu phát triển trên thế giới, mặc dầu khoa học nano đã bắt đầu từ thập kỉ 60 của thế kỉ trước Đến những năm 90 của thế kỉ trước , những ứng dụng quan trọng của công nghệ nano

đã gây chấn động trong giới khoa học và kinh doanh

Trong vòng 20 năm qua, công nghệ nano luôn là ngành khoa học mũi nhọn.Mỗi năm có hàng ngàn phát minh được công nhận dựa trên công nghệ này.Do các ứng dụng kỳ diệu của công nghệ nano, tiềm năng kinh tế cũng như tạo

ra sức mạnh về quân sự Vì lẽ đó hiện nay trên thế giới đang xảy ra cuộc chạy đua sôi động về phát triển và ứng dụng công nghệ nano Có thể kể đến mốt số cường quốc đang chiếm lĩnh thị trường công nghệ này hiện nay là: Hoa Kỳ, Nhật Bản, Trung Quốc, Đức, Nga và một số nước Châu Âu…có thể nói ở những quốc gia trên chính phủ dành một khoản ngân sách đáng kể hổ trợ cho việc nghiên cứu và ứng dụng thực tiển của ngành công nghệ nano Không chỉ các trường Đại học có các phòng thí nghiệm với các thiết bị nghiên cứu quy mô mà các tập đoàn sản xuất cũng tiến hành nghiên cứu và phát triển công nghệ nano với các phòng thí nghiệm với tổng chi phí nghiên cứu tương đương với ngân sách chính phủ dành cho công nghệ nano

3.1 Chương trình NNI, Hoa Kỳ

Sau khi ký quyết định thành lập chương trình NNI năm 2000 với ngân sách

270 triệu USD, Tổng thống Mỹ Clinton , ngày 21- 1- 2001đến viện công nghệ California, một cái nôi của các công nghệ cao, công bố tang ngân sách cho NNI là:

“ Ngân sách của tôi tài trợ một sáng kiến quốc gia công nghệ nano mới và lớn lao, giá trị 500 triệu USD, năng lực thao tác vật chất ở mức từng nguyên tử và phân tử Hãy hình dung các khả năng: vật liệu có độ bền 10 lần hơn thép mà trọng lượng chỉ bằng một phần nhỏ…tất cả thông tin chứa trong nhà thư viện Quốc hội thu gọn vào một linh kiện có kích thước như một viên đường…phát hiện những khối u ung thư

khi chúng mới chỉ phát sinh với một ít tế bào Một số các mục tiêu nghiên cứu của chúng ta có thể phải mất 20 năm hoặc hiều hơn để hoàn thành, nhưng đấy lại chính xác là chỗ mà Chính phủ Liên Bang có vai trò quan trọng ’’

Chính phủ Mỹ đã tổ chức NNI như một chương trình liên ngành gồm : Quỹ khoa học Quốc gia (NSF), Bộ Quốc Phòng (DOD), Bộ Năng Lượng (DOE), Viện Sức Khoẻ Quốc gia (NIH), Cơ quan Hàng không Vũ trụ (NASA), Bộ Thương Mại với Viện Quốc gia về Tiêu chuẩn và Công nghệ (NIST) vốn mà NNI được cấp từ ngân sách thường dành 70% để thúc đẩy nghiên cứu về công nghệ nano ở các trường đại học

Từ đó danh sách dành cho NNI tăng hàng năm : năm 2002 là 520 triệu USD, Năm 2003 trên 700 triệu USD, năm 2004 dự kiến 800 triệu USD trong số 3,7

tỷ USD trong 5 năm (2004-2008) mà chính quyền Bush đã quyết định Nếu kể cả đầu tư cho công nghệ nano của Cơ quan các Dự án Quốc phòng tiên tiến (DARPA) thì kinh phí nghiên cứu công nghệ nano từ ngân sách còn lớn hơn nhiều

Về tầm chiến lược Hoa Kỳ nhận định NNI có vai trò “ Dẫn tới cách mạng công nghiệp tiếp theo” và Khoa học Công nghệ nano có tiềm năng nhất tạo ra các đột phá mới

Nhà hoá học R Smalley, người được giải nobel về phát minh ra loại vật liệu nano là fulơren, đứng đầu NNI Chương trình này tập trung vào 7 hướng trọng điểm:

 Kỹ thuật điện tử lưu trữ thông tin khối lớn (mass storage ) với bộ nhớ có dung lượng nhiều terabit ( terabit bằng nghìn tỷ bit ) tăng độ cô gọn diện tích ghi 1 bit xuống hàng nghìn lần

 Chế tạo vật liệu và sản phẩm theo quy trình từ dưới lên bằng cách chế tạo thành vật liệu từ từng nguyên tử , nguyên tử nhằm tốn ít nguyên liệu và giảm ô nhiễm môi trường