Đang tải... (xem toàn văn)
Bài tiểu luận vật liệu nano
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Khoa KỸ THUẬT HÓA HỌC BÀI TIỂU LUẬN VẬT LIỆU NANO Giảng viên hướng dẫn : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN Nhóm TP.HCM 25/09/2015 LỜI NÓI ĐẦU Lý chọn đề tài ? Vật liệu Nano không môt khái niệm xa lạ người, có mặt chúng sống hàng ngày từ y tế, môi trường, máy tính ngành công nghiệp quân Tất thứ xung quanh có diện vật liệu nano Qua số giới thiệu phủ nhận phớt lờ đặc tính kì diệu vật liệu nano mang lại Vậy “tại chúng ta-những người thời đại mới-thời đại khoa học công nghệ, không tìm hiểu loại vật liệu nhỏ có võ-vật liệu nano?” Chúng cho dây là: “VUA CỦA MỌI LOẠI VẬT LIỆU” Đây lý chọn đề nhằm giới thiệu cho bạn cách tổng quan vật liệu nano, tạo hứng thú học tập nghiên cứu loại vật liệu Trong trình nghiên cứu soạn thảo hẳn không tránh khỏi sai sót, mong quý bạn đọc thông cảm góp ý Trong phạm vi đề tài giới thiệu cho bạn vấn đề liên quan đến vật liệu nano: • Tổng quan ngành công nghệ Nano • Phương pháp chế tạo • Ứng dụng thực tế kĩ thuật • Tầm quan trọng tiềm phát triển Trong khuôn khổ nghiên cứu tài liệu Internet, sách vở, tạp chí, tham khảo ý kiến thầy cô giáo lĩnh vực vật liệu nano I TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHỆ NANO: N gày nay, ta tình cờ nghe vài vấn đề sản phẩm có liên quan đến hai chữ “nano” Ở khoảng nửa kỷ trước, thực vấn đề mang nhiều hoài nghi tính khả thi, thời đại ngày ta thấy công nghệ nano trở thành vấn đề thời quan tâm nhiều nhà khoa học Các nước giới bước vào chạy đua phát triển ứng dụng công nghệ nano VẬY NANO RA ĐỜI VÀ PHÁT TRIỂN NHƯ THẾ NÀO ? Tiền tố Nano xuất lần tài liệu khoa học vào năm 1908, Lohmann sử dụng để sinh vật có đường kính 200 nm Tiếp theo, năm 1959, Richard Feynman (1918-1988-giải Nobel vật lý năm 1965) có dự đoán thiên tài CNNN thông qua phát biểu “there’s plenty of room at the bottom” (có nhiều chỗ trống miệt dưới) California Institute of Technology (Caltech, Mỹ) Vấn đề ông đặt chứa toàn 24 Bách Khoa Từ điển Britannica với tổng cộng 25000 trang giấy đầu kim có đường kính 1,5 mm Kỹ thuật mà ông muốn nói tới phương pháp “từ xuống”, tiền đề “linh hồn” để có máy tính to vài tòa nhà thành máy tính bỏ balo mang dễ dàng Theo dòng thời gian, Gordon Moore, nhà sáng lập công ty Intel (Mỹ), viết vào năm 1965 tiên đoán trực giác nhà khoa học hai năm mật độ transistor nhồi vào chip cho máy vi tính tăng gấp đôi nhờ vào kỹ thuật thu nhỏ đặc tính nguyên tố silicon Vào năm 1974, Tanigushi lần sử dụng thuật ngữ công nghệ nano (nano technology) hàm ý liên kết vật liệu cho kĩ thuật xác tương lai Hiện khoa học, tiền tố nano biểu thị số 10-9 m Tổ chức Nanotechnology Initiative (NN) trực thuộc phủ Mỹ định nghĩa công nghệ nano (CNNN) “bất thứ liên quan đến cấu trúc có kích thước nhỏ 100nm” Cụ thể hơn, CNNN khoa học, kỹ thuật thao tác liên quan đến hệ thống có kích thước nano, hệ thống thực nhiệm vụ điện, cơ, sinh, hóa tính toán đặc biệt Nền tảng công nghệ tượng “các cấu trúc, thiết bị hệ thống có tính chất, chức kích thước siêu nhỏ” Cấu trúc CNNN bao gồm hạt hay tinh thể nano, lớp nano ống nano Các cấu trúc nano khác chỗ chúng tạo nguyên tử, phân tử chúng xếp *Hướng nghiên cứu chính: Trên giới: 1.Hạt nano, robot nano để điều trị bệnh tật y học, loại vật liệu kháng khuẩn 2.Sản xuất loại pin có thẻ lưu trữ đươc nhiều lượng 3.Sử dụng CNNN để sản xuất quần áo kháng khuẩn, kháng mùi biến quần áo thành trạm điện di động sạc pin điện thoại nhờ vào nguồn lượng gió, mặt trời… Lấy tự nhiên làm hình mẫu để phấn đấu Sản xuất thiệt bị có độ bám tốt loài thạch sung, chống dính sen… Sản xuất loại thực phẩm nhờ CNNN để tăng độ hấp dẫn giá trị dinh dưỡng cho ăn Tại Việt Nam: Phòng Khoa học Công nghệ Nano tập trung hỗ trợ chủ trì triển khai nghiên cứu phát triển cấu trúc vật liệu mới-thông minh, vật liệu có cấu trúc nano linh kiện micro-nano sở khai thác tối đa tính liên ngành ngành khoa học công nghệ trường ĐHBKHN như: Khoa học công nghệ vật liệu; Khoa học công nghệ hóa học; Vật lý khoa họcmáy tính; Điện, điện tử, công nghệ sinh học môi trường Nghiên cứu tổng hợp xử lý vật liệu kích thước nano, cấu trúc, hệ thống vật liệu có cấu trúc nano Tiến hành hoạt động nghiên cứu mang tính dài hạn khoa học công nghệ nano, dẫn tới việc tăng cường hiểu biết tính chất vật liệu công nghệ nano, đồng thời khám phá, phát hiện tượng mới, quy trình chế tạo dụng cụ phương tiện phục vụ cho công nghệ nano Nghiên cứu chế tạo thiết bị, linh kiện có kích thước nano nhằm khai thác tính ưu việt vật liệu nano Ứng dụng chuyển giao công nghệ vật liệu hệ thống có cấu trúc nano vào ứng dụng cụ thể ngành lượng, môi trường, y tế, điện tử - viễn thông Vậy tìm hiểu xem công nghệ NANO ứng dụng ? Khái niệm chung đặc điểm : Vật liệu nano gì? Vật liệu nano vật liệu có chiều kích thước Nanomet Nó đối tượng nghiên cứu khoa học công nghệ nano Khi người ta nói đến nano, tức nói đến phần tỉ Ví dụ, nano giây tức 1/1.000.000.000 giây Mục đích công nghệ nano: Mục đích công nghệ nano xây dựng cấu trúc nhỏ bé từ nguyên liệu bảng tuần hoàn hóa học chế tạo vật liệu, nguyên liệu với đặc tính Công nghệ nano tìm cách lấy phân tử đơn nguyên tử nhỏ để lắp ráp vật to kích cỡ bình thường để sử dụng, cách làm từ nhỏ đến lớn khác với cách làm thông thường từ xuống dưới, từ to đến nhỏ Công nghệ nano mở kỷ nguyên lĩnh vực khoa học kỹ thuật, đặc tính nguyên liệu hoàn toàn thay đổi dùng nano để xử lý Với phát triển nay, nhà khoa học cho rằng, tương lai không xa, người chế tạo máy nano thông minh có khả mô thiên nhiên, lắp ghép nguyên tử, phân tử lập trình để chúng thực theo chức cần thiết, tạo thứ có ích tiêu diệt chất có hại Phân loại vật liệu nano: Về trạng thái vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái, rắn, lỏng khí Vật liệu nano tập trung nghiên cứu nay, chủ yếu vật liệu rắn, sau đến chất lỏng khí Về hình dáng vật liệu, người ta phân thành loại sau: • Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều có kích thước nano), ví dụ, đám nano, hạt nano • Vật liệu nano chiều vật liệu chiều có kích thước nano, ví dụ, dây nano, ống nano, • Vật liệu nano hai chiều vật liệu hai chiều có kích thước nano, ví dụ, màng mỏng, Ngoài có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite có phần vật liệu có kích thước nm, cấu trúc có nano không chiều, chiều, hai chiều đan xen lẫn Cấu tạo tính chất Cấu tạo tính chất vật liệu nano bắt nguồn từ sở khoa học Có ba sở khoa học để nghiên cứu công nghệ nano • Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử Đối với vật liệu vĩ mô gồm nhiều nguyên tử, hiệu ứng lượng tử trung bình hóa với nhiều nguyên tử (1 μm3 có khoảng 1012 nguyên tử) bỏ qua thăng giáng ngẫu nhiên Nhưng cấu trúc nano có nguyên tử tính chất lượng tử thể rõ ràng Ví dụ chấm lượng tử coi đại nguyên tử, có mức lượng giống nguyên tử • Hiệu ứng bề mặt Khi vật liệu có kích thước nm, số nguyên tử nằm bề mặt chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử Chính hiệu ứng có liên quan đến bề mặt, gọi tắt hiệu ứng bề mặt trở nên quan trọng làm cho tính chất vật liệu có kích thước nanomet khác biệt so với vật liệu dạng khối • Kích thước tới hạn Các tính chất vật lý, hóa Các tính chất vật lý, hóa học vật liệu có giới hạn kích thước Nếu vật liệu mà nhỏ kích thước tính chất hoàn toàn bị thay đổi Người ta gọi kích thước tới hạn Vật liệu nano có tính chất đặc biệt kích thước so sánh với kích thước tới hạn tính chất vật liệu Ví dụ: điện trở kim loại tuân theo định luật Ohm kích thước vĩ mô mà ta thấy hàng ngày Nếu ta giảm kích thước vật liệu xuống nhỏ quãng đường tự trung bình điện tử kim loại, mà thường có giá trị từ vài đến vài trăm nm, định luật Ohm không Lúc điện trở vật có kích thước nano tuân theo quy tắc lượng tử Không phải vật liệu có kích thước nano có tính chất khác biệt mà phụ thuộc vào tính chất mà nghiên cứu Các tính chất khác tính chất điện, tính chất từ, tính chất quang tính chất hóa học khác có độ dài tới hạn khoảng nm Giải thích tính chất lạ vật liệu nano? V ật liệu nano có tính chất lạ chúng kích thước nhỏ bé kích thước thay đổi theo kích thước hình dạng chúng Do đặc điểm kích thước, tính chất vật liệu nano nằm tính chất lượng tử nguyên tử tính chất khối vật liệu Có nhiều nguyên nhân để giải thích tượng tùy thuộc vào kiểu vật liệu Trong chất bán dẫn có hạn chế chuyển động electron không gian nhỏ so với dạng khối Với kim loại loại qúy kích thước hạt giảm đến khoảng vài chục nano mét có hấp thụ mới, mạnh từ dao động cộng hưởng electron vùng dẫn từ bề mặt hạt đến bề mặt hạt khác Sự dao động có tần số tương ứng với vùng khả biến Điều gọi hấp thụ plasmon bề mặt.Sự hấp thụ mạnh sinh đặc trưng màu rực rỡ ứng dụng từ kỉ 17 thời chưa giải thích được.Những hạt vàng sinh màu hồng sáng chói dùng sản xuất kính màu cho cửa sổ nhà thờ Châu Âu, gốm sứ, cá vật dụng trang trí khác Trung Quốc Với nhiều kim loại chuyển tiếp, việc giảm kích thước hạt làm tăng tỉ lệ diện tích bề mặt thể tích hạt Điều làm cho chúng có nhiều ứng dụng khả ứng dụng làm chất xúc tác hấp phụ II CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO V ật liệu nano tạo hai phương pháp: phương pháp từ xuống phương pháp từ lên Phương pháp từ xuống phương pháp tạo hạt kích nano từ hạt có kích lớn hơn; phương pháp từ lên phương pháp hình hạt nano từ nguyên tử chế thước thước thành Phương pháp từ xuống Nguyên lý: Dùng kỹ thuật nghiền biến dạng để biến vật liệu có kích thước lớn kích thước nano + Trong phương pháp nghiền, vật liệu dạng bột trộn lẫn với viên bi làm từ vật liệu cứng đặt cối Máy nghiền nghiền lắc, nghiền rung nghiền quay (còn gọi nghiền kiểu hành tinh) Các viên bi cứng va chạm vào phá vỡ bột đến kích thước nano Kết thu vật liệu nano không chiều (các hạt nano) + Trong phương pháp biến dạng đùn thủy lực, tuốt, cán, ép Nhiệt độ điều chỉnh tùy thuộc vào trường hợp cụ thể Nếu nhiệt độ lớn nhiệt độ phòng gọi biến dạng nóng, nhiệt độ nhỏ nhiệt độ phòng gọi biến dạng nguội Kết thu vật liệu nano chiều (dây nano) hai chiều (lớp có chiều dày nm) + Ngoài ra, người ta thường dùng phương pháp quang khắc để tạo cấu trúc nano phức tạp Ưu điểm: Đây phương pháp đơn giản, rẻ tiền hiệu quả, chế tạo lượng lớn vật liệu Nhược điểm: Tính đồng vật liệu không cao, dễ lẫn nhiều tạp chất không mong muốn Phương pháp từ lên Nguyên lý: Hình thành vật liệu nano từ nguyên tử ion Phương pháp từ lên phát triển mạnh mẽ tính linh động chất lượng sản phẩm cuối Phần lớn vật liệu nano mà dùng chế tạo từ phương pháp Phương pháp từ lên phương pháp vật lý, hóa học kết hợp hai phương pháp hóa-lý + Phương pháp vật lý: Là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử chuyển pha Nguyên tử để hình thành vật liệu nano tạo từ phương pháp vật lý: bốc bay nhiệt (đốt, phún xạ, phóng điện hồ quang) Phương pháp chuyển pha: vật liệu nung nóng cho nguội với tốc độ nhanh để thu trạng thái vô định hình, xử lý nhiệt để xảy chuyển pha vô định hình - tinh thể (kết tinh) (phương pháp nguội nhanh) Phương pháp vật lý thường dùng để tạo hạt nano, màng nano, ví dụ: ổ cứng máy tính + Phương pháp hóa học: Là phương pháp tạo vật liệu nano từ ion Phương pháp hóa học có đặc điểm đa dạng tùy thuộc vào vật liệu cụ thể mà người ta phải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp Tuy nhiên, phân loại phương pháp hóa học thành hai loại: hình thành vật liệu nano từ pha lỏng (phương pháp kết tủa, sol-gel, ) từ pha khí (nhiệt phân, ) Phương pháp tạo hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano, + Phương pháp kết hợp: Là phương pháp tạo vật liệu nano dựa nguyên tắc vật lý hóa học như: điện phân, ngưng tụ từ pha khí, Phương pháp tạo hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano, Ta chia phương pháp chế tạo vật liệu nano theo cách khác sau đây: Các vật liệu nano thu bốn phương pháp phổ biến, phương pháp có điểm mạnh điểm yếu, số phương pháp áp dụng với số vật liệu định mà * Phương pháp hóa ướt (wet chemical): Bao gồm phương pháp chế tạo vật liệu dùng hóa keo (colloidal chemistry), phương pháp thủy nhiệt, sol-gel, kết tủa Theo phương pháp này, dung dịch chứa ion khác trộn với theo tỷ phần thích hợp Dưới tác động nhiệt độ, áp suất mà vật liệu nano kết tủa từ dung dịch Sau trình lọc, sấy khô, ta thu vật liệu nano Ưu điểm: + Các vật liệu chế tạo đa dạng, chúng vật liệu vô cơ, hữu cơ, kim loại + Đặc điểm phương pháp rẻ tiền chế tạo khối lượng lớn vật liệu Nhược điểm: + Các hợp chất có liên kết với phân tử nước khó khăn + Phương pháp sol-gel hiệu suất cao * Phương pháp học (mechanical) Bao gồm phương pháp tán, nghiền, hợp kim học Theo phương pháp này, vật liệu dạng bột nghiền đến kích thước nhỏ Ngày nay, máy nghiền thường dùng máy nghiền kiểu hành tinh hay máy nghiền quay Phương pháp thường dùng để tạo vật liệu hữu kim loại Ưu điểm: + Đơn giản, dụng cụ chế tạo không đắt tiền chế tạo với lượng lớn vật liệu Nhược điểm: + Là hạt bị kết tụ với nhau, phân bố kích thước hạt không đồng nhất, dễ bị nhiễm bẩn từ dụng cụ chế tạo thường khó đạt hạt có kích thước nhỏ * Phương pháp bốc bay Gồm phương pháp quang khắc (lithography), bốc bay chân không (vacuum deposition) vật lí, hóa học Các phương pháp áp dụng hiệu để chế tạo màng mỏng lớp bao phủ bề mặt người ta dùng để chế tạo hạt nano cách cạo vật liệu từ đế Hạn chế: Tuy nhiên phương pháp không hiệu để chế tạo quy mô thương mại * Phương pháp hình thành từ pha khí (gas-phase) Nguyên tắc phương pháp hình thành vật liệu nano từ pha khí Gồm phương pháp nhiệt phân (flame pyrolysis), nổ điện (electro-explosion), đốt laser (laser ablation), bốc bay nhiệt độ cao, plasma + Nhiệt phân phương pháp có từ lâu, dùng để tạo vật liệu đơn giản carbon, silicon + Phương pháp đốt laser tạo nhiều loại vật liệu lại giới hạn phòng thí nghiệm hiệu suất chúng thấp + Phương pháp plasma chiều xoay chiều dùng để tạo nhiều vật liệu khác lại không thích hợp để tạo vật liệu hữu nhiệt độ đến 9000oC Phương pháp hình thành từ pha khí dùng chủ yếu để tạo lồng carbon (fullerene) ống carbon, nhiều công ty dùng phương pháp để chế tạo vật liệu nano quy mô thương mại III ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NANO 10 dụng lọc nước hứa hẹn mang lại nước cho khoảng 65 triệu người khắp giới Cùng với công nghệ nano, nước không khí giảm nồng độ ô nhiễm cách đáng kể tác động khoáng chất Zeolites, đặc biệt ô nhiễm nhiễm dầu nhiên liệu hoá thạch khác Từ ta thấy lĩnh vực y tế ứng dụng lớn công nghệ nano Ví dụ việc điều trị bệnh ung thư, nhiều phương pháp điều trị khác thử nghiệm để hạn chế khối u phát triển tiêu diệt chúng cấp độ tế bào Một nghiên cứu cho kết khả quan sử dụng hạt nano vàng để chống lại nhiều loại ung thư Các hạt nano đưa đến khối u bên thể, sau chúng tăng nhiệt độ tia laser hồng ngoại chiếu từ bên để tiêu diệt khối u Không dừng lại đó, nhà khoa học nghiên cứu dự án nanorobot vô đặc biệt Với robot có kích thước siêu nhỏ, vào bên thể người để đưa thuốc điều trị đến phận cần thiết Việc cung cấp thuốc cách trực tiếp làm tăng khả hiệu điều trị Công nghệ nano tương lai không xa giúp người chống lại bênh ung thư quái ác Ngay bênh ung thư khó chữa ung thư não, bác sĩ dễ dàng điều trị mà không cần mở hộp sọ bệnh nhân hay phương pháp hóa trị độc hại Công nghệ NANO đồ điện tử quanh Nhắc đến công nghệ nano, bạn nghĩ đến dự án khoa học tiến hành giáo sư hàng đầu phòng thí nghiệm, công nghệ cao cấp tiên tiến Tuy nhiên thực tế bạn sử dụng số sản phẩm công nghệ nano lúc Những vi xử lý làm từ vật liệu nano phổ biến thị trường, số sản phẩm chuột, bàn phím phủ lớp nano kháng khuẩn 15 + Ứng dụng để làm tăng độ phân giải hình : Màn hình tivi, máy tính thông thường có lớp mỏng gồm hạt photpho (có pha tạp), điện tử đập vào lóe sáng lên Màn hình chia thành nhiều điểm ảnh (pixel), điểm ảnh chứa số hạt phôtpho Năng suất phân giải hình phụ thuộc vào kích thước điểm ảnh tức phụ thuộc vào kích thước hạt phôtpho Các hạt ZnS, ZnSe, CdS, PbTe chế tạo theo phương pháp sol-gel có kích thước cỡ nanomet dùng làm hình cho suất phân giải cao Hình : Tăng độ phân giải cho hình nhờ công nghệ nano + Ứng dụng làm pin : Vật liệu nano tổng hợp phương pháp sol-gel dùng làm phân cách pin hệ tạo cấu trúc kiểu gel khí, lưu trữ nhiều lượng phân cách thông thường Các loại pin niken-hydro kim loại Ni-MH (nickel metal hydride) làm từ hạt nano niken hydro kim loại chứa nhiều điện dùng lâu phải nạp lại điện 16 Hình :Pin quang từ sợi nano hứa hẹn thay pin mặt trời vốn đắt đỏ + Các chip máy tính : Xu hướng vi tiểu hình hóa chíp máy tính thể tiêu chuẩn quy trình chế tạo độ dài chíp xác định Lộ trình ITRS Hiện nay, tiêu chuẩn công nghệ 130 nm, dùng để sản xuất xử lý Intel Xeon, xác định kích thước DRAM ( chip nhớ truy cập ngẫu nhiên ) nửa pitch ( khoảng cách hai dây kim loại kề ô nhớ ) Điều đòi hỏi công nghệ in litô, công nghệ sản xuất đo lường học cỡ nano phải có thay đổi để chế tạo linh kiện hoạt động phù hợp với dung sai Thử so sánh, chip 4004 Intel năm 1971 sử dụng công nghệ có độ phân giải 10.000 nm, chíp năm 2007 2013 đòi hỏi công nghệ có độ phân giải 65 nm 32 nm tương ứng Vì vậy, nói công nghệ sử dụng phát triển mạnh mẽ Hơn nữa, không đơn giản DRAM có chiều dài nửa pitch cỡ nm, tất công nghệ sử dụng nghiên cứu, đo lường sản xuất chip nhiều trường hợp hoạt động mức nguyên tử nhỏ cỡ nm Các công cụ ứng dụng công nghệ Nano hỗ trợ cho ngành công nghiệp công nghệ thông tin (IT) đa dạng, bao gồm lập mô hình linh kiện vật liệu tiên tiến tới phân tử máy tính, kính hiển vi cho thấy hình ảnh nguyên tử, hệ thống đo lường xác định rõ ràng vị trí độ hụt phân tử đơn miếng wafer có đường kính 30 cm, quy trình phát triển màng mỏng sản xuất lớp vật liệu với độ xác cỡ nguyên tử phương pháp in litô “khắc” lên đặc điểm ví dụ ô DRAM, với độ xác 10 nm 17 + Ứng dụng chế tạo máy : Công nghệ nano tạo vật liệu cứng dùng để cắt gọt chế tạo máy Mũi khoan, dao cắt có phủ lớp vật liệu nano làm từ carbid vonfram, carbid tantanl, carbid titan cứng nhiều, bị mài mòn, bị ăn mòn so với carbid kim loại dạng thông thường tức carbid có cấu trúc hạt to Lò xo, ổ bi cao cấp, chốt đầu van….ở công nghệ chế tạo oto phải dùng đến vật liệu cứng và đàn hồi cao làm từ tinh thể nano nitrid sillic (Si3N4) và carbid sillic (SiC ) Các loại là vật liệu này hay được dùng t rong lò nhiệt độ cao Mặt khác, từ công nghệ nano cũng có thể làm được vật liệu mềm dẻo thông thường Gốm thông thường rất cứng và giòn đã nung thành gốm thì không gia công được Nhờ oxyt zirconi (ZrO2) có kích thước hạt nano có thể làm gốm siêu dẻo biến dạng được đến 300% so với kích thước ban đầu Gốm tinh thể nano có thể nén và liên kết thành nhiều hình dạng khác ở nhiệt độ khá thấp, còn gốm thường rất khó, thực tế là không thể thực hiện được bất kỳ việc nén và liên kết nào cả ở nhiệt độ cao Công nghệ nano ứng dụng may mặc Kể từ đầu năm 2000, ngành công nghiệp thời trang bước sang trang với 18 việc áp dụng công nghệ nano số loại vải đặc biệt Một ý tưởng vô đặc biệt với loại quần áo có khả diệt vi khuẩn gây mùi hôi khó chịu quần áo trở thành thực với việc áp dụng hạt nano bạc Các hạt nano bạc thu hút vi khuẩn tiêu diệt tế bào chúng Ứng dụng hữu ích áp dụng số mẫu quần áo thể thao đặc biệt sử dụng loại quần lót khử mùi Không dừng lại công dụng khử mùi, công nghệ nano biến áo bạn mặc thành trạm phát điện di động Sử dụng nguồn lượng gió, lượng mặt trời với công nghệ nano bạn sạc điện cho smartphone lúc nơi Ứng dụng sử dụng rộng rãi với ý tưởng chế tạo buồm vật liệu nano, với khả chuyển hóa lượng tự nhiên thành điện Tuy nhiên ứng dụng trình thử nghiệm Công nghệ nano tự nhiên Có thật ứng dụng công nghệ nano tìm thấy tự nhiên Ví dụ ứng dụng công nghệ nano 19 loại vải khiến chúng không thấm nước bụi bẩn, bạn thấy điều tương tự giọt nước lăn bề mặt sen Bề mặt sen bao phủ lớp lông đặc biệt có kích thước cỡ nanomet, khiến giọt nước ngấm hay bám vào bề mặt Mô điều này, nhà khoa học tạo lớp ống nano siêu nhỏ bề mặt vải từ tạo quần áo không thấm nước chống bụi bẩn Một ví dụ khắc với loài tắc kè dự án nghiên cứu thiết bị tường nhóm nghiên cứu Robert Full đại học Berkeley Các nhà khoa học phát rằng, ngón chân tắc kè bao phủ lớp lông có kích thước siêu nhỏ, giúp chúng bám dính vào bề mặt mịn theo lực van der Waals (độ bám dính phân tử) Mô điều đó, nhà khoa học tạo miếng đệm với lớp ống nano siêu nhỏ mà hỗ trợ người leo núi bám tốt vách đá 20 Xã hội người phát triển, nhiên học tập nhiều điều từ tự nhiên Điều quan trọng công nghệ khoa học phát triển phải góp phần thúc đẩy sống, tiêu diệt sống thiên nhiên Thực phẩm từ công nghệ nano(trồng trọt, hạt nano,đóng gói bao bì nano ) Công nghệ nano nghiên cứu, phân tích thiết kế quy mô nhỏ cỡ nano met, sử dụng công nghệ nano để làm đồ ăn liệu đủ giúp no? Thật may không ăn đồ ăn làm từ công nghệ nano, nhiên công nghệ nano làm thay đổi cách thức ăn ăn hàng ngày Các nhà khoa học tiến hành thử nghiệm thay đổi loại thực phẩm cấp độ nguyên tử phân tử, khiến loại thực phẩm thay đổi hương vị giàu dinh dưỡng Điều đồng nghĩa với việc thưởng thức ăn với hương vị vô lạ mà giá trị dinh dưỡng cao nhờ công nghệ nano thực phẩm Nano thực phẩm (nói cách xác ứng dụng công nghệ nano thực phẩm) bao gồm ứng dụng công nghệ nano trong: Trồng trọt, chăn nuôi; đóng gói, bao bì chứa thực phẩm; làm thực phẩm có hạt nano chứa chất dinh dưỡng quan trọng Thị trường nano thực phẩm giới tăng mạnh năm qua, từ 2,6 tỷ USD (năm 2003) lên tỷ USD (năm 2006) dự báo năm 2010 20,4 tỷ USD Hiện nay, toàn giới có 200 công ty lớn chuyên nano thực phẩm, đứng đầu Mỹ, sau Nhật Bản Trung Quốc Dưới số ví dụ ứng dụng công nghệ nano thực phẩm + Công nghệ nano trồng trọt, chăn nuôi 21 Ở trang trại, người ta phải theo dõi tình trạng dinh dưỡng đất đai, độ ẩm, phân bón, sâu bệnh, thuốc trừ sâu… Các công việc không diễn cách chung chung mà chí đến cây, hay giai đoạn… để xử lý kịp thời bất thường: Thiếu nước phải tưới, có rầy phải diệt, dư lượng thuốc trừ sâu tăng phải tìm cách giảm… Trong đó, việc lấy mẫu đem phân tích thường không nhiều chậm, không kịp thời… Với công nghệ nano, diện tích trồng trọt, người ta cài nhiều cảm biến nano để đo xem nước chất dinh dưỡng có đủ không, có bị nấm mốc, sâu bệnh không… Những thông số mà cảm biến nhận gửi Trung tâm để có biện pháp xử lý kịp thời dùng để điều khiển cảm biến nano khác tạo chất cần thiết bổ sung, ví dụ thiếu chất dinh dưỡng loại mở viên nang nano (nanocapsule) chứa chất dinh dưỡng loại để bổ sung…, có sâu bệnh loại điều khiển để nang nano tiết chất diệt sâu bệnh chỗ đó… Các loài vật nuôi trang trại gắn chip nano cho Những chip ghi lại cho biết tên tuổi con, vị trí nào, có đau ốm, bệnh tật không chip kiêm việc cấp văc-xin, thuốc chữa bệnh cần thiết Đặc biệt, có trang trại trồng để sản xuất hạt nano dùng thực phẩm nhiều mục đích khác Ví dụ, có loại cỏ linh lăng (alfalfa) có khả thu hút nguyên tử vàng đất để tạo hạt nano vàng tinh chất thân cỏ Trồng loại cỏ đất, đặc biệt đất có nhiều vàng, nghiền, ngâm, lọc thân cỏ theo cách học có hạt nano vàng dùng cho nhiều mục đích Một ví dụ ứng dụng công nghệ nano chăn nuôi gia cầm, có loại vi khuẩn Campylobacter không ảnh hưởng đến thể gà vào thể người lại gây bệnh, chí gây tử vong Các nhà khoa học Đại học Clemson South Carolina (Mỹ) tìm loại hạt nano mà trộn với thức ăn cho gà ăn hạt nano bám chặt vào vi khuẩn Campylobacter, khiến cho vi khuẩn chết gà tiết với phân Vì vậy, thịt gà cho ăn loại thức ăn đảm bảo vi khuẩn nguy hiểm, bán chạy + Công nghệ nano đóng gói, bao bì đựng thực phẩm Cá, mực số thuỷ hải sản tươi thường có mùi Các loại túi ni lông thông thường kín không ngăn mùi bốc xung quanh 22 Trong tự nhiên, có nhiều loại đất sét, có hạt tinh thể sét nhỏ (nanoclay) hình mỏng, bề dày độ ba, bốn lớp nguyên tử, chiều rộng lên đến hàng chục nanomet, micromet Nếu lấy chất làm túi ni lông thường (polyme) trộn với hạt nano sét hình lúc thổi thành túi, hạt nằm song song với mặt túi, ngăn chặn mùi tốt Nhật Bản, Hàn Quốc gần Trung Quốc sản xuất loại túi với số lượng lớn để đáp ứng nhu cầu bà nội trợ thích mua cá tươi tự làm lấy nhà Thịt, thức ăn dễ bị ôi thiu, có mùi môi trường thuận lợi cho nhiều loại vi khuẩn phát triển Bạc nguyên tố có cấu trúc nguyên tử thích hợp, nguyên tử bạc dễ nhường điện tử cho bên để trở thành ion bạc, sau ion bạc lại dễ nhận điện tử để trở thành nguyên tử bạc trung hoà Điện tử mà nguyên tử bạc nhường cho bên dễ kích thích để tạo thành phản ứng oxy hoá, kết dễ làm tổn thương, phá hoại màng bọc loại vi khuẩn, tiêu diệt chúng làm cho chúng khó sinh sôi, nảy nở Loại túi ni lông mặt có chứa lớp mỏng hạt nano bạc khử vi khuẩn, nhờ mà thực phẩm chứa giữ lâu 3-4 lần so với loại túi ni lông thường Các thùng chứa thực phẩm kho tráng lớp nano bạc để bảo quản lâu Để phát vi khuẩn E.Coli thực phẩm, người ta chế tạo loại túi mà mặt có chứa hạt SiO 2hình cầu kích cỡ nanomet, bề mặt hạt có đính kháng thể phân tử chất huỳnh quang Khi thực phẩm đựng túi nhiễm vi khuẩn E.Coli, kháng thể bám chặt vào, phân tử chất huỳnh quang hạt nano SiO2 tiếp xúc với vi khuẩn E.Coli sáng lên Nhờ mà nhìn vào túi đựng thực phẩm đổi màu, người ta biết thực phẩm có vi khuẩn E.Coli + Thực phẩm hạt nano Nói đến thực phẩm hạt nano nói đến hạt có kích cỡ nano đưa vào thể cách ăn, uống Các hạt nano nhỏ nên thường đưa vào thể mà trộn lẫn nhiều chất khác Có thể chia làm loại: Hạt nano vào thể (bằng cách ăn, uống) chất có kích cỡ nano, hạt nano chất đó; hạt nano vào thể hạt nang (túi) kích cỡ nano, chứa chất mà thể cần, thân hạt nang vỏ đựng vô tính bên Ta xét số ví dụ: Nang nano dầu cá thu: Dầu cá thu cung cấp nhiều loại axit béo cho thể mùi vị hắc, khó uống Người ta làm túi nang kích cỡ nano, mỏng, dễ vỡ, túi có chứa dầu cá thu Dầu phết vào bánh mì để ăn trộn với nước để uống, vào đến dày, nang bọc nano bị nghiền nát, vỡ ra, cung cấp dầu cá thu vào hệ tiêu hoá 23 Ốc xoắn nano đựng vitamin: Người ta làm hạt nano hình cuộn dây kích cỡ 50 nanomet, bên chứa chất bổ vitamin, axit béo omega, lycopen… cần thiết để cung cấp cho tế bào mùi vị lại không dễ nuốt Nhờ có vỏ xoắn nano che đậy nên trộn với thức ăn nước uống để đưa vào dày Quả cầu nano chứa chất dinh dưỡng: Những người ăn kiêng phải tránh số chất không đưa qua dày hay phận thể Người ta chế tạo cầu rỗng kích thước nano chứa đầy đủ chất dinh dưỡng điều khiển để ăn, uống cầu nano đem chất dinh dưỡng trực tiếp đến tế bào Trong số trường hợp, người ta gắn cầu nano hạt nang nano với cảm biến nano, vào sâu thể chúng bất động, có tín hiệu từ cảm biến hoạt động, tức vỏ bọc vỡ Trà nano selen đồ uống nano ưa chuộng, có đại dịch H5N1 Selen độc, người làm việc có tiếp xúc với selen dễ bị nhiễm độc, da sần, rụng tóc dẫn đến tử vong Nhưng thể người phải có selen (ở mức độ đó) đảm bảo miễn dịch, bị virut H 5N1 công Selen bổ sung vào thể người theo đường thực phẩm, đặc biệt trứng chứa nhiều selen Selen có trứng gia cầm ăn thức ăn từ hạt ngũ cốc, cỏ lấy selen từ đất…, vậy, vùng đất thức ăn gia cầm thiếu selen thực phẩm cho người ăn thiếu selen, dẫn tới khả miễn dịch thể Trong trường hợp thể người thiếu selen, bổ sung selen thông thường Các nghiên cứu dược học cho thấy cách lấy selen nano có động, thực vật thích hợp Tại Trung Quốc, người ta tìm thấy có vùng trung du, đất có nhiều selen, chè mọc lên tốt, chè có nhiều hạt nano selen Xay nhỏ chè này, pha thành nước uống cách bổ sung tốt cho tình trạng thể thiếu selen Trung Quốc triển khai trồng chè vùng để sản xuất sản phẩm “Trà nano selen” bán chạy Sữa nano canxi ví dụ khác thực phẩm nano Canxi cần để làm xương, đặc biệt chỗ gần khớp Nhiều trường hợp, thể người không hấp thụ canxi từ thức ăn nên phải bổ sung cách dùng hạt nano canxi có từ vỏ hàu, hến tự nhiên Chắt lọc trộn hạt nano vào sữa, làm thành sữa nano canxi để uống, chữa bệnh loãng xương IV.Tầm quan trọng, tiềm phát triển công nghệ nano nước ta toàn giới 24 Công nghệ nano ảnh hưởng đến tương lai nước nghèo? Chắc chắn, công nghệ nano đóng vai trò quan trọng nhiều lĩnh vực, đó, có tăng sản lượng nông nghiệp nhiều lợi ích khác… Trong ngành công nghiệp nay, tập đoàn sản xuất điện tử bắt đầu đưa công nghệ nano vào ứng dụng, tạo sản phẩm có tính cạnh tranh từ máy nghe nhạc iPod nano đến chip có dung lượng lớn với tốc độ xử lý cực nhanh … Trong y học, để chữa bệnh ung thư người ta tìm cách đưa phân tử thuốc đến tế bào ung thư qua hạt nano đóng vai trò “ xe tải kéo”, tránh hiệu ứng phụ gây cho tế bào lành Y tế nano ngày nhằm vào mục tiêu xúc sức khỏe người, bệnh di truyền có nguyên nhân từ gien, bệnh như: HIV/AIDS, ung thư, tim mạch, bệnh lan rộng béo phì, tiểu đường, liệt rung (Parkison), trí nhớ (Alzheimer), rõ ràng y học lĩnh vực lợi nhiều từ công nghệ Đối với việc sửa sang sắc đẹp có hình thành nano phẩu thuật thẩm mỹ,nhiều lọai thuốc thẩm mỹ có chứa loại hạt nano để làm thẩm mỹ bảo vệ da Đây thị trường có sức hấp dẫn mạnh, công nghệ kiệt xuất đời công nghệ nano Ngoài ra, nhà khoa học tìm cách đưa công nghệ nano vào việc giải vấn đề mang tính toàn cầu thực trạng ô nhiễm môi trường ngày gia tăng Việc cải tiến thiết bị quân trang thiết bị, vũ khí nano tối tân mà sức công phá khiến ta hình dung Các chuyên gia thuộc Trung tâm Đạo đức Sinh học Canada nhận định ảnh hưởng lớn công nghệ nano đến hàng triệu người nước phát triển mang lại phương pháp dự trữ sản xuất lượng tốt Đồng thời, cải thiện đáng kể suất ngành nông nghiệp Ứng dụng công nghệ nano nâng cao mức sống người dân nước nghèo Theo tiến sỹ Peter Singer, giám đốc JCB, phát triển kinh tế tiêu thụ lượng liên quan chặt chẽ với Tiến sỹ Singer cho biết thu lợi ích tăng trưởng kinh tế dễ dàng nhiều công nghệ nano giúp nước phát triển chuyển sang xu hướng tự cung tự cấp lượng * THẾ GIỚI Do ứng dụng kỳ diệu công nghệ nano, tiềm kinh tế tạo sức mạnh quân Vì lẽ giới xảy chạy đua sôi động phát triển ứng dụng công nghệ nano Có thể kể đến mốt số cường quốc chiếm lĩnh thị trường công nghệ là: Hoa Kỳ, Nhật Bản, Trung Quốc, Đức, Nga số nước Châu Âu…có thể nói quốc gia phủ dành khoản ngân sách đáng kể hổ trợ cho việc nghiên cứu ứng dụng thực tiển ngành công nghệ nano Không trường Đại học có phòng thí nghiệm với thiết bị nghiên cứu quy mô mà tập đoàn sản xuất tiến hành nghiên cứu phát triển công nghệ 25 nano với phòng thí nghiệm với tổng chi phí nghiên cứu tương đương với ngân sách phủ dành cho công nghệ nano Hiện nay, chất có cấu trúc nano sử dụng để xây dựng lên hệ tế bào lượng mặt trời tế bào nhiên liệu hyđrô Ngoài ra, nhà khoa học sử dụng công nghệ nano để phát triển phương pháp dự trữ hyđrô vốn vấn đề nan giải Hệ thống dự trữ hyđrô phù hợp có nghĩa phải có lượng thay cho nước phụ thuộc vào nhiên liệu hoá thạch Mặt khác, giới phát triển ứng dụng công nghệ nano để cải thiện độ phì nhiêu đất sản lượng trồng, cảm biến nano giám sát tình hình trồng vật nuôi chất từ nano loại bỏ chất gây ô nhiễm cho đất Chẳng nữa, nhờ vào công nghệ nano, nhân viên y tế thử nghiệm máu mẩu nhựa nhỏ đồng xu Tương tự, sử dụng tiến công nghệ nano thực khám chẩn đoán bệnh vài phút Công nghệ nano rút ngắn thời gian chi phí xét nghiệm bệnh truyền nhiễm sốt rét HIV/AIDS Tiến sỹ Salamanca-Buentello, đứng đầu nhóm nghiên cứu cho biết 1/6 dân chúng toàn cầu nước sạch, 1/3 dân vùng nông thôn châu Phi, châu Á châu Mỹ La tinh nước sạch, hàng năm có hai triệu trẻ em chết bị bệnh phát sinh nước bẩn Trong đó, màng ống nano hệ thống rẻ, dễ di chuyển lọc, giải độc khử muối nước hiệu phương pháp lọc vi khuẩn vi rút thông thường Các nhà nghiên cứu phát triển phương pháp sản xuất hàng loạt ống lọc nano cácbon nhằm nâng cao chất lượng nước Đến nhiều nước phát triển Ấn Độ, Nam Phi, Mehico, Thái Lan, Philipin, Chile Achentina thực sáng kiến công nghệ nano để hỗ trợ phát triển khoa học Hiện Trung Quốc có số lượng ứng dụng sáng chế công nghệ nano nhiều giới sau Mỹ Nhật Bản Bản nghiên cứu Hà Lan – Trung Quốc đánh giá tình hình công nghệ nano Mỹ, liên minh châu Âu, Trung Quốc Hàn Quốc cho thấy Trung Quốc có lượng báo chí công nghệ nano lớn thứ hai giới Trong năm 2004, chi tiêu phủ Mỹ cho công nghệ nano cao giới, song cao chút đỉnh so với mức chi phí Trung Quốc, châu Âu Nhật: Mỹ sử dụng tỷ đô la cho nghiên cứu công nghệ nano ba nước sau nước chi 900 triệu đô la Xét mặt báo chí chuyên viết công nghệ nano, năm 2004, báo chí công nghệ nano Trung Quốc chiếm 10% thị phần báo công nghệ nano toàn cầu, đứng sau Mỹ, cường quốc chiếm gần 50% thị phần 26 * VIỆT NAM Tuy tiếp cận với công nghệ nano năm gần có bước chuyển tạo sức hút lĩnh vực đầy cam go, thử thách Nhà nước dành khoản ngân sách lớn cho chương trình nghiên cứu công nghệ nano cấp quốc gia với tham gia nhiều trường Đại học Viện nghiên cứu Công nghệ nano bước tiến vượt bậc công nghệ, tạo ứng dụng vô kỳ diệu tạo nhiều hội hơn, bên cạnh có thách thức đặt thảm họa môi trường khả phát triển vũ khí lọai với sức tàn phá không so sánh Tuy nhiên, người ngày hướng nhiều với thiện nên hy vọng công nghệ nano mang lại hạnh phúc cho nhân loại nhiều Vào tháng 12/2004, ĐH Quốc gia TP.HCM đầu tư 4,3 triệu USD từ nguồn vốn vay Ngân hàng Thế giới để xây dựng Phòng thí nghiệm Công nghệ nano Phòng thí nghiệm Công nghệ nano có nhiệm vụ đào tạo nhân lực lực lĩnh vực vi điện tử công nghệ nano, nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano công nghiệp.Dự kiến, vào tháng 6/2005, Phòng thí nghiệm nói hòan thành vào họat động Sau hội nghị Vật lý Núi Cốc (năm 2003), nhóm nghiên cứu vật liệu nanô thuộc môn Vật lý chất rắn bắt đầu hình thành Để nhanh chóng hội nhập, chiến lược ưu tiên hàng đầu tập trung nghiên cứu phát triển công nghệ để chế tạo vật liệu mà sở khác nước quan tâm Sau có công nghệ tập trung nghiên cứu vật liệu có khả ứng dụng cao Nghiên cứu chế tạo máy phát siêu âm: Siêu âm công suất cao sử dụng để tổng hợp hợp chất, hữu cơ, vật liệu điện tử có cấu trúc nanô Sau gần 10 năm tập trung nghiên cứu bản, đến hoàn toàn làm chủ công nghệ chế tạo loại gốm áp điện dùng cho máy phát siêu âm công suất Từ vật liệu gốm áp điện nói trên, chế tạo thành công biến tử kiểu Langevin có tần số cộng hưởng tùy ý Nghiên cứu chế tạo thiết bị quay điện: Công nghệ quay điện quan tâm cách đặc biệt Sự quan tâm đặc biệt bắt nguồn từ tính đơn giản công nghệ, khả ứng dụng lại tiềm tàng rộng lớn Có lẽ vấn đề mà đến lúc, cần phải nhìn lại cách nghiêm túc sách phát triển khoa học công nghệ, đặc biệt phát triển công nghệ nguồn Trên thị trường có thiết bị thương mại, với giá khoảng 500 đến 1500 triệu đồng Từ tháng 12/2013, tập trung nghiên cứu chế tạo đến thiết bị quay điện bắt đầu hoạt động Chúng đặt tên cho thiết bị E-HUSC-01, thiết bị Electrospinning Việt Nam chế tạo Trường Đại học Khoa học Huế 27 Chế tạo vật liệu nanô ứng dụng a Chế tạo TiO2 nano: Do có nhiều tính chất dị thường khả ứng dụng lĩnh vực mà TiO2 kích thước nanô nhà khoa học nghiên cứu, tổng hợp Ứng dụng bật TiO2 kích thước nanô nói đến nhiều thời gian gần khử trùng diệt vi khuẩn chống mốc; tự làm chống mờ nước; xử lý nước thải, khí thải, Năm 2012, tạo dòng sản phẩm sơn nanô TiO 2/Ag Sau phun tráng gạch men nung ủ 6000C, lớp phủ TiO2/Ag tính diệt khuẩn, tự làm có độ cứng cao lớp men nền, không làm thay đổi màu gạch Hiện nay, có khả cung cấp cho công ty có nhu cầu với lượng lớn (>1000 lít/ngày), giá rẻ (20.000-130.000đ/1 lít) b Tổng hợp dung dịch Ag nanô: Đến có 20 phương pháp chế tạo dung dịch Ag nano Trên sở phân tích ưu nhược điểm phương pháp, đưa phương pháp chế tạo dung dịch Ag nano sử dụng kết hợp phương pháp lý, hóa, sinh Kết quả, chế tạo thành công dung dịch Ag nano môi trường nước ổn định có nồng độ khác - Sử dụng nuôi tôm: Tại Việt Nam, bệnh hoại tử gan tụy cấp tính tôm (EMS) bắt đầu xuất từ năm 2010 bùng phát mạnh từ tháng 3/2011, gây thiệt hại lớn cho người nuôi tôm Tuy nhiên chưa tìm cách chữa trị triệt để Trước tình hình đó, kết hợp với Công ty cổ phần Huetronics phát triển loạt sản phẩm nanô, có Ag nanô triển khai ứng dụng phòng trị bệnh nuôi tôm số tỉnh trọng điểm nuôi tôm Đông sông Cửu long Trà Vinh, Bến Tre, Tiền Giang, Bạc Liêu, Cà Mau,… - Sử dụng nuôi cấy mô: HgCl2 sử dụng chất khử trùng phổ biến nuôi cấy mô Kết nghiên cứu cho thấy nano bạc nồng độ ppm ảnh hưởng tốt đến khả tái sinh chồi từ đoạn thân 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tạp chí Hồ sơ kiện, số 107, 2010 Wikipedia: http://vi.wikipedia.org/wiki/C%C3%B4ng_ngh%E1%BB %87_nano Các website khác: http://ddkhvl.net/topic/9771517/1/ http://www.khoahoc.com.vn/timkiem/c%C3%B4ng+ngh%E1%BB %87+nano/index.aspx http://tailieu.vn/xem-tai-lieu/tim-hieu-ve-vat-lieu-nano.480519.html http://www.baomoi.com/Vat-lieu-Nano-trong-cong-nghiep-dien-tu-nangluong-va-moi-truong/53/6063645.epi http://www.scribd.com/doc/75228468/V%E1%BA%ADt-li%E1%BB%87uNano http://www.scribd.com/doc/118742705/Vat-Lieu-Nano-Ch0-2012 29