Công nghệ nano, phân loại công nghệ nano. Các ứng dụng của công nghệ nano trong các lĩnh vực y tế, xây dựng, nông nghiệp, công nghiệp. Xu hướng phát triển công nghệ nano trong tương lai với các lĩnh vực
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TRẦN THANH LƯƠNG NGUYỄN ĐỨC CHUNG PHÂN LOẠI VẬT LIỆU NANO VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ NANO BÁO CÁO MƠN HỌC: SEMINAR VÀ THẢO LUẬN NHĨM VỀ CÔNG NGHỆ NANO VÀ ỨNG DỤNG Ngành: Kỹ thuật lượng Hà Nội- 2022 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TRẦN THANH LƯƠNG NGUYỄN ĐỨC CHUNG PHÂN LOẠI VẬT LIỆU NANO VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ NANO BÁO CÁO MÔN HỌC: SEMINAR VÀ THẢO LUẬN NHĨM VỀ CƠNG NGHỆ NANO VÀ ỨNG DỤNG Ngành: Kỹ thuật lượng Giảng viên hướng dẫn: TS Vũ Thị Thao Hà Nội- 2022 TÓM TẮT Trong báo cáo “Phân loại vật liệu nano xu hướng phát triển cơng nghệ nano” có kết cấu gồm bốn chương Chương 1, trình bày tổng quan vật liệu nano công nghệ nano Tiếp đến chương 2, trình bày phương diện phân loại vật liệu nano Và chương 3, trình bày xu hướng công nghệ nano lĩnh vực khác hạn chế Chương đưa kết luận chung vật liệu nano công nghệ nano Qua nắm kiến thức phân loại vật liệu nano xu hướng LỜI CẢM ƠN Qua đồ án môn học này, em xin gửi lời cảm ơn đến cô TS Vũ Thị Thao hướng dẫn, bảo tận tình, truyền cảm hứng cung cấp cho nhóm em nhiều tài liệu quý báu suốt q trình thực để giúp em hồn thành báo cáo môn học Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em suốt q trình học tập hồn thành môn học Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Sinh viên Trần Thanh Lương Nguyễn Đức Chung MỤC LỤC TÓM TẮT .3 LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Chương Tổng quan vật liệu nano công nghệ nano .8 1.1 Lịch sử hình thành 1.2 Vật liệu nano công nghệ nano .10 1.2.1 Vật liệu nano 10 1.2.2 Công nghệ nano .12 Chương Phân loại vật liệu nano 14 2.1 Phân loại vật liệu nano theo hình dạng 14 2.2 Phân loại vật liệu nano theo tính chất 16 2.3 Phân loại vật liệu nano theo chất vật liệu 18 Chương Xu hướng phát triển công nghệ nano 28 3.1 Xu hướng phát triển công nghệ nano nông nghiệp 28 3.2 Xu hướng phát triển công nghệ nano công nghiệp 29 3.3 Xu hướng phát triển công nghệ nano y học .31 3.4 Xu hướng phát triển công nghệ nano mỹ phẩm 34 3.5 Xu hướng phát triển công nghệ nano nha khoa 35 3.6 Xu hướng phát triển công nghệ nano xây dựng 36 Chương Kết luận 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 LỜI MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, công nghệ nano xuất lĩnh vực khoa học công nghệ tiên tiến với khả cách mạng hóa tiến cơng nghệ ngành công nghiệp, y sinh nông nghiệp, xây dựng Vật liệu nano (NMS) tổng hợp phương pháp hóa học, vật lý sinh học Hạt nano (NPS) tinh thể vơ định hình, có kích thước cực nhỏ phạm vi 1-100nm Các hạt có nguồn gốc chủ yếu từ cacbon, kim loại, gốm sứ, lipid, chất bán dẫn vật liệu polymer Trong phương pháp sinh học chế tạo NP, thực vật vi khuẩn (một số tảo, nấm, vi khuẩn vi rút) sử dụng làm chất khử tác nhân khác Kích thước, hình thái độ ổn định NMS phụ thuộc vào phương pháp chuẩn bị, tính chất dung mơi, tỷ lệ pha trộn, nồng độ, pH nhiệt độ hỗn hợp phản ứng sức mạnh chất khử Các hạt sau đặc trưng cách sử dụng kỹ thuật khác bao gồm quang phổ hồng ngoại UV-VIS, biến đổi Fourier-Biến đổi, kính hiển vi điện tử truyền tải, kính hiển vi điện tử quét, nhiễu xạ tia X, quang phổ tia X phân tán lượng, phân tán ánh sáng động phép đo tiềm Zeta, số khác NMS sản xuất ứng dụng đáng kể lĩnh vực khác bao gồm loại thực phẩm nông nghiệp (carbon, Fullerene, Ag, ZnO), mỹ phẩm (TiO2, ZnO, Fullerene, Fe2O3 Cu, Ag, Au), catalysts (NiO, Pt, Pd ), chất bôi trơn phụ gia nhiên liệu (CeO2, Pt, MoS3), sơn lớp phủ (TiO2, SiO2, Ag, CdSe), hóa chất nơng nghiệp (SiO2), bao bì thực phẩm (Ag, TiO2, ZnO, TiN, Nanoclay), Nanomedicine Nanocarrier (Au , Ag, Fe, vật liệu từ tính) Trong tương lai, công nghệ nano nghiên cứu phát triển mạnh mẽ Chương Tổng quan vật liệu nano công nghệ nano 1.1 Lịch sử hình thành Năm 1959, nhà vật lý tiếng người đoạt giải Nobel Richard Feynman tiên đốn người sử dụng cỗ máy nhỏ để tạo cỗ máy nhỏ hơn, cuối họ xếp nguyên tử để tạo sản phẩm theo ý muốn người Đây giấc mơ sớm công nghệ nano Năm 1960, kỹ sư Ai Cập Mohamed Atalla kỹ sư Hàn Quốc Dawon Kahng Bell Labs chế tạo MOSFET (bóng bán dẫn hiệu ứng trường kim loạioxide-bán dẫn) với độ dày cổng oxide 100 nm, với chiều dài cổng 20 µm Năm 1962, Atalla Kahng bịa đặt nanolayer -base ngã ba kim loại bán dẫn (khớp nối M-S) transistor mà sử dụng màng mỏng vàng (Au) với độ dày 10 nm Vào năm 1970, nhà khoa học bắt đầu đưa ý tưởng công nghệ nano từ nhiều góc độ khác nhau, Năm 1974, nhà khoa học Donny Gucci lần sử dụng thuật ngữ cơng nghệ nano để mơ tả gia cơng xác Trong năm 1980, hai bước đột phá lớn thúc đẩy phát triển công nghệ nano kỷ nguyên đại Đầu tiên, việc phát minh kính hiển vi quét đường hầm vào năm 1981, cung cấp hình ảnh chưa có ngun tử liên kết riêng lẻ, sử dụng thành công để điều khiển nguyên tử riêng lẻ vào năm 1989 Các nhà phát triển kính hiển vi Gerd Binnig Heinrich Rohrer Phịng thí nghiệm Nghiên cứu Zurich IBM nhận giải Nobel Vật lý năm 1986 Binnig, Quate Gerber phát minh kính hiển vi lực nguyên tử tương tự vào năm Tháng năm 1990, Hội nghị Khoa học Công nghệ Nano Quốc tế tổ chức Baltimore, Hoa Kỳ, đánh dấu đời thức khoa học cơng nghệ nano Sự phát triển nhanh chóng cơng nghệ nano vào cuối năm 1980 đầu năm 1990 Vào đầu năm 1980, Feynman phát minh cơng cụ quan trọng cho kính hiển vi quét đường hầm nghiên cứu công nghệ nano (STM), kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) kỹ thuật thao tác mơ tả đặc tính hiển vi khác, đóng vai trị tích cực việc thúc đẩy phát triển công nghệ nano Năm 1991, người phát ống nano cacbon, khối lượng chúng 1/6 khối lượng loại thép độ bền chúng gấp 10 lần thép, điều trở thành điểm nóng nghiên cứu cơng nghệ nano Giáo sư Smalley đoạt giải Nobel tin ống nano carbon vật liệu lựa chọn cho sợi tốt tương lai, sử dụng rộng rãi dây siêu vi, công tắc siêu vi mạch điện tử cấp nano Năm 1993, sau Đại học Stanford loại bỏ nhóm nguyên tử vào năm 1989 được"viết" Stan Tên tiếng Anh Đại học Fu, Tập đoàn Máy kinh doanh Quốc tế Hoa Kỳ sử dụng 36 nguyên tử xenon để phóng điện chữ "IBM" bề mặt niken vào năm 1990 Phịng thí nghiệm Vật lý Chân không Bắc Kinh Viện Khoa học Trung Quốc tự điều khiển nguyên tử viết thành công từ "Trung Quốc", đánh dấu khởi đầu Trung Quốc Chiếm chỗ đứng lĩnh vực công nghệ nano quốc tế Năm 1997, nhà khoa học Mỹ lần sử dụng thành công electron để di chuyển electron, sử dụng công nghệ này, người ta kỳ vọng máy tính lượng tử với tốc độ dung lượng lưu trữ cao hàng nghìn lần phát triển 20 năm Vào năm 1999, nhà khoa học từ Brazil Hoa Kỳ phát minh “cân” nhỏ giới tiến hành thí nghiệm ống nano cacbon Nó cân nặng vật thể phần tỷ gam, tương đương với trọng lượng virus; sau đó, nhà khoa học Đức phát triển cân có khả cân nguyên tử, phá vỡ kỷ lục nhà khoa học Mỹ Brazil tạo Đến năm 1999, công nghệ nano dần gia nhập thị trường, doanh thu hàng năm sản phẩm nano đạt 50 tỷ đô la Mỹ Trong năm gần đây, Các phủ chuyển sang thúc đẩy tài trợ cho nghiên cứu công nghệ nano, chẳng hạn Mỹ với Sáng kiến Công nghệ Nano Quốc gia, tổ chức thức hóa định nghĩa dựa kích thước công nghệ nano thiết lập tài trợ cho nghiên cứu quy mô nano Châu Âu thông qua Chương trình Khung Châu Âu Nghiên cứu Phát triển công nghệ Đến năm 2000, ý khoa học nghiêm túc mẻ bắt đầu phát triển Các dự án xuất để đưa lộ trình cơng nghệ nano tập trung vào thao tác xác nguyên tử vật chất thảo luận khả năng, mục tiêu ứng dụng có dự kiến Năm 2006, nhóm nhà nghiên cứu Hàn Quốc từ Viện Khoa học Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) Trung tâm Nano Fab Quốc gia phát triển MOSFET nm, thiết bị điện tử nano nhỏ giới Nó dựa cơng nghệ FinFET tồn cổng (GAA) Hơn 60 quốc gia tạo chương trình nghiên cứu phát triển cơng nghệ nano (R&D) phủ từ năm 2001 đến năm 2004 Nguồn tài trợ phủ vượt chi tiêu công ty cho nghiên cứu phát triển công nghệ nano, với phần lớn tài trợ đến từ tập đồn có trụ sở Hoa Kỳ, Nhật Bản Đức Năm tổ chức hàng đầu nộp nhiều sáng chế trí tuệ R&D cơng nghệ nano từ năm 1970 đến 2011 Samsung Electronics (2,578 sáng chế đầu tiên), Nippon Steel (1,490 sáng chế đầu tiên), IBM (1,360 sáng chế đầu tiên) Toshiba (1,298 sáng chế đầu tiên) Canon (1.162 sáng chế đầu tiên) Năm tổ chức hàng đầu xuất nhiều báo khoa học nghiên cứu công nghệ nano từ năm 1970 đến 2012 Viện Khoa học Trung Quốc, Viện Hàn lâm Khoa học Nga, Trung tâm National de la recherche scientifique, Đại học Tokyo Đại học Osaka3 1.2 Vật liệu nano công nghệ nano 1.2.1 Vật liệu nano Vật liệu nano việc sử dụng vật chất quy mô nguyên tử, phân tử siêu phân tử cho mục đích công nghiệp Một nanomet (nm) phần tỷ, hay 10−9 , mét Để so sánh, độ dài liên kết cacbon-cacbon điển hình, khoảng cách nguyên tử phân tử, nằm khoảng 0.12–0.15 nm chuỗi xoắn kép DNA có đường kính khoảng nm4 Hình Ống nano carbon tạo từ Kỹ thuật Nanoscale Mặt khác, dạng sống tế bào nhỏ nhất, vi khuẩn thuộc giống Mycoplasma, có khoảng 200 chiều dài nm Theo quy ước, cơng nghệ nano coi phạm vi thang đo to 100 nm theo định nghĩa sử dụng Sáng kiến Công nghệ Nano Quốc gia Hoa Kỳ Giới hạn thiết lập kích thước ngun tử (hydro có 10 Hình 15 Điều trị ung thư hạt nano 3.4 Xu hướng phát triển công nghệ nano mỹ phẩm Phụ nữ nam giới sử dụng mỹ phẩm nhiều kỷ, trải qua số thay đổi đáng kể theo thời gian Mỹ phẩm lĩnh vực rộng lớn phục vụ nhân loại suốt q trình lịch sử Cơng nghệ nano phát triển lĩnh vực mỹ phẩm, làm cho mỹ phẩm trở nên thân thiện với môi trường Các loại vật liệu nano sử dụng mỹ phẩm: Ví dụ, kem chống nắng, sắc tố có kích thước nano đóng vai trị lọc tia UV: titanium dioxide oxit kẽm số chất khác phản xạ hấp thụ xạ tia cực tím khơng nhìn thấy ánh nắng mặt trời bảo vệ da khỏi tác động gây hại nó20 34 Hình 16 Tác dụng ngăn chặn tia cực tím nano oxit kẽm21 - Liposome Liposome phospholipid tự nhiên tổng hợp hoàn toàn sản phẩm GRAS Các lớp kép lipid liposome tương tự màng tế bào, hỗ trợ việc giải phóng chất bên Vì lý này, chúng dễ dàng qua màng tế bào Do đó, chúng ưa chuộng cơng thức lĩnh vực mỹ phẩm khả hấp thụ nhanh - Nano bạc nano vàng Một cấu trúc thường sử dụng ngành công nghiệp mỹ phẩm nano bạc Các nhà sản xuất mỹ phẩm hưởng lợi rộng rãi từ tính chất kháng khuẩn cấu trúc Ví dụ, mỹ phẩm sản xuất cho mục đích chăm sóc cá nhân sản phẩm chất khử trùng kháng khuẩn với hiệu 24 Một cấu trúc khác, nano vàng nhìn thấy sử dụng sản phẩm mỹ phẩm thuốc nhuộm mặt nạ Nó thêm vào nước súc miệng kem đánh sản phẩm chăm sóc cá nhân22 3.5 Xu hướng phát triển công nghệ nano nha khoa Hiện tại, cơng nghệ nano có nhiều ứng dụng đóng góp lĩnh vực nha khoa Số lượng vật liệu nano sử dụng nha khoa tăng lên đáng kể nhiều năm qua Một số ứng dụng bật lớp phủ nano, cải thiện đặc tính giả, làm trắng răng, kháng khuẩn,… Trong giả, việc bổ sung thêm hạt nano oxit 35 zirconium cải thiện đáng kể mức độ cứng, độ bền uốn, độ dai đứt gãy Nano zirconium không cải thiện đặc tính vật lý đế giả giai đoạn cấu tạo, chúng cải thiện độ bền ngang đế giả Các hạt nano bạc ứng dụng vào công thức chống sâu răng, điều trị ung thư miệng bệnh khác23 Các nhà nghiên cứu phát triển bàn chải đánh nano, cách kết hợp hạt nano vàng bàn chải lơng cứng Loại bàn chải có khả loại bỏ mảng bám học làm giảm đáng kể bệnh nha chu24 Các chất làm trắng sửa đổi thêm nano để tăng hiệu làm trắng, hạt nano canxi peroxit có khả xâm nhập sâu vào cấu trúc răng, làm tăng hiệu chất làm trắng răng25 3.6 Xu hướng phát triển công nghệ nano xây dựng Công nghệ nano giới thiệu số ngành cơng nghiệp, góp phần cải thiện mơi trường sống tiện ích hàng ngày mang lại Một số ngành công nghiệp liên kết với lĩnh vực xây dựng, nơi công nghệ nano mang lại số lợi cách nâng cao đặc tính vật liệu cấu trúc, cách bổ sung đặc tính cho số yếu tố xây dựng thông thường Sự tương tác thúc đẩy ngành xây dựng trở thành lĩnh vực mà cấu trúc nano ứng dụng rộng rãi phát triển Việc kết hợp công nghệ hạt nano ngành xây dựng bước tiến xa hướng tới tịa nhà thơng minh xanh, hiệu quả26 Các hạt nano sử dụng làm chất kết dính xi măng để tăng cường đặc tính nó, ống nano cacbon thay kết cấu thép, oxit kim loại sử dụng làm chất xúc tác quang, kháng khuẩn, tự làm chống nước vi trùng27 Những ứng dụng thấy kính tự làm sạch, bê tông cường độ cao, lớp phủ cách nhiệt, lớp phủ vật liệu kỵ nước28 Các hạt nano oxit kẽm ứng dụng để làm lớp phủ kháng khuẩn với mục tiêu tiêu diệt nấm vi khuẩn29.Titanium dioxide (TiO2 )là hạt nano sử dụng nhiều nhất, có đặc tính tự làm sạch, nên sử dụng làm lớp phủ mỏng bề mặt30 TiO2 coi lớp phủ bề mặt đá để ngăn chặn lắng đọng hạt hữu Ứng dụng sử dụng rộng rãi lĩnh vực di sản văn hóa Cơng nghệ lớp phủ ứng dụng đá di sản, nước phá hủy đá, nên việc chế tạo lớp phủ kỵ nước chống lại xâm nhập nước 36 Hình 17 Lớp phủ kỵ nước sử dụng vật liệu nano Công nghệ cửa sổ thông minh sử dụng Vanadi dioxit, loại cửa sổ có khả thay đổi thơng lượng ánh sáng trực tiếp xạ mặt trời qua nó31 Hình 18 Cửa sổ nhiệt sắc 3.7 Xu hướng phát triển công nghệ nano lượng tái tạo Với tình hình lượng hóa thạch dần cạn kiệt dẫn đến gây tình trạng thiếu hụt lượng, an tồn lượng Chính điều này, quốc gia nỗ lực tăng hiệu sử dụng lượng chuyển đổi sang lĩnh vực lượng tái 37 tạo Việc ứng dụng công nghệ nano khai thác nguồn lượng tái tạo cơng nghệ liên quan sản xuất hydro, pin mặt trời, địa nhiệt nhiên liệu sinh học Các công nghệ nano ảnh hưởng đến việc cung cấp nguồn lượng thay thân thiện với môi trường Dựa tài liệu, việc sử dụng công nghệ nano nâng cao tốc độ truyền nhiệt hệ thống quang điện / nhiệt (PV / T) sửa đổi cấu trúc PV, cải thiện hiệu suất nó, làm cho pin nhiên liệu tiết kiệm chi phí cải thiện hiệu suất ngành nhiên liệu sinh học thông qua việc sử dụng xúc tác nano, sản xuất vật liệu có độ bền cao trọng lượng thấp cho ngành lượng gió 3.7.1 Cơng nghệ nano lượng mặt trời Cơng nghệ nano có khả cải thiện hiệu việc chuyển đổi lượng, bảo toàn lưu trữ lượng mặt trời khía cạnh khác sau: • Thay đổ mức tương tác ánh sáng vật liệu giúp sản xuất chất bán dẫn với chi phí thấp vào quang điện • Cải thiện hiệu chất xúc tác xúc ảnh chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành nhiên liệu • Chuyển đổi nhiên liệu hóa học hiệu thành lượng điện ngược lại, để pin có kích thước nhỏ gọn cơng suất cơng suất cao - Bộ thu lượng mặt trời: Bộ thu lượng mặt trời thiết bị trao đổi nhiệt hấp thụ xạ mặt trời chuyển nhiệt hấp thụ sang nước Nhiều nghiên cứu thực thu lượng mặt trời phẳng Để cải thiện hiệu nhiệt độ đầu chúng Chất lỏng nano có chứa hạt nano lơ lửng (NPS) chất lỏng sở Bộ thu lượng mặt trời tăng hiệu suất họ độ dẫn nhiệt cao so với nước tinh khiết Chất lỏng nano sử dụng thu lượng mặt trời hệ thống nước nóng lượng mặt trời để cải thiện hiệu chúng - Quang xúc tác Chất quang xúc tác phát triển năm gần khả tiết kiệm lượng cao TiO2 sử dụng số ứng dụng quan trọng ngành cơng nghiệp lọc nước khơng khí, sử dụng tủ lạnh đèn huỳnh quang, gương chiếu hậu ô tô, sử dụng y tế để điều trị ung thư phòng phẫu thuật cuối ứng dụng tách nước Vật liệu quang xúc tác sử dụng để chuyển đổi lượng mặt trời thành lượng hóa học cách oxy hóa khử vật liệu để sản xuất hydro Bên cạnh đó, loại bỏ chất nhiễm vi khuẩn từ bề mặt tường TiO2 sử dụng khả oxy hóa phân hủy chất nhiễm hữu TiO2 có đặc tính quang xúc tác, 38 bắt nguồn từ hình thành hạt mang điện tích quang sinh (electron lỗ trống), xảy hấp thụ ánh sáng tử ngoại (UV) tương ứng với vùng cấm Hình cho thấy trình xảy hạt TiO2 khơng bao phủ sau kích thích tia cực tím Các nano TiO2 sử dụng kính tự làm thơng số kỹ thuật chúng có bề mặt phẳng, độ đục thấp, tỷ lệ co cao độ bám dính tuyệt vời với chất Chính cấu trúc làm cho loại vật liệu lựa chọn thích hợp cho ứng dụng khác lọc, phân tách lưu trữ Ứng dụng xúc tác quang đặt tên khử trùng, lọc khơng khí, lọc nước, khử bọt, tự làm sản xuất hydro - Tấm pin lượng mặt trời 3.7.2 Nhiên liệu sinh học Một số nghiên cứu thực để khám phá nhiên liệu bền vững có tiềm thay dầu mỏ Để thực mục tiêu này, người ta hướng đến loại nhiên liệu sinh học, chúng có lợi mơi trường sử dụng cồn có nguồn gốc từ thực vật để đốt cháy Công nghệ nano ứng dụng sản xuất nhiên liệu sinh học chất thải nông nghiệp Các NP kim loại áp dụng sản xuất nhiên liệu sinh học chất xúc tác số kim loại NP không thân thiện với môi trường Để phá vỡ phân tử metan thành hydro carbon, ta sử dụng chất xúc tác nano để thực Phương pháp sử dụng cho quy trình yếm khí để sản xuất điện từ lượng khí sinh học Gần đây, việc sử dụng chất xúc tác nano việc tạo glycerol dầu diesel sinh học từ mỡ động vật dầu thực vật quan tâm Sử dụng chất xúc tác nano công nghệ có ảnh hưởng để cải thiện chất lượng, nâng cao hiệu trình tạo nhiên liệu sinh học Chất xúc tác nano cung cấp diện tích bề mặt tiếp xúc lớn tăng cường tốc độ phản ứng, khắc phục số vấn đề sử dụng chất xúc tác dị thể giảm thời gian trình, giảm độ ẩm nhanh Một số chất xúc tác nano sử dụng để sản xuất diesel sinh học nguồn sinh khối khác liệt kê bảng đây: Bảng Các chất xúc tác nano sử dụng để tổng hợp dầu sinh học Chất xúc tác nano Kích cỡ (nm) Tài nguyên sinh khối Cs/Al/Fe3O4 31 – 34 Dầu hướng dương Mg-Al 5-22 Dầu Pongamia MgO 100 Dầu hướng dương 39 ZrO2 trộn với C4H4O6HK 30 Dầu đậu nành Lithium tẩm canxi oxit (Li - CaO) 40 Dầu Jatropha Chất xúc tác từ tính CaO/Fe3O4 49 Dầu Jatropha KF/CaO/Fe3O4 50 Dầu hạt mỡ Trung Quốc Các hạt có nguồn gốc hydrotalcite với tỷ lệ mol Mg/Al 3: 7,3 Dầu Jatropha CaO 20 Dầu đậu nành MgO 60 Dầu đậu nành KF/CaO-Fe3O4 50 Dầu Stillingia ZnO 28,4 Dầu cọ KF/Al2O3 50 Dầu canola 3.7.3 Năng lượng gió Năng lượng gió chuyển đổi thành loại lượng hữu ích điện Chẳng hạn, tuabin gió chuyển đổi thành điện, cối xay gió sử dụng để chuyển đổi thành lượng học máy bơm gió sử dụng để sử dụng lượng gió việc bơm nước nước Cơng nghệ nano áp dụng việc phát triển lớp phủ, bôi trơn nhẹ với độ bền cao vật liệu sử dụng chuyển đổi lượng gió Ngồi ra, vật liệu cảm biến dựa công nghệ nano sử dụng để theo dõi ổn định hư hỏng hệ thống Hình Ứng dụng lượng gió Có số vấn đề quan tâm tuabin gió, số tượng cánh quạt bị ăn mịn, ta ngăn ngừa giảm cách sử dụng lớp phủ bảo vệ làm giảm chi phí bảo trì kéo dài tuổi thọ tuabin gió Một nghiên cứu tác dụng chống mài mòn điện niken-photpho (ENP) phủ vật liệu nhựa tổng hợp gia cố sợi thủy tinh sử dụng rộng rãi loại tuabin gió Một phát triển lớp phủ siêu kỵ nước tạo từ Silica NPS (Hình ) Những bề mặt 40 lớp phủ sử dụng để bảo vệ cánh tuabin khỏi việc xâm nhập nước chiếu xạ UVC Ngoài ra, cnt-polymer nanocomposite polyimide /Al2O3 sử dụng rộng rãi vật liệu có số lợi ích cải thiện tính chất học nhiệt Việc cải thiện cánh tuabin gió với sợi hybrid polymer gia cố oxit, cacbua NPs borides Sự kết hợp cấu trúc hấp thụ Salisbury carbon nanocompozit cho cánh tuabin ứng dụng để tăng phạm vi hoạt động radar Một lớp nanocompozit cho cánh tuabin gió giúp tăng cường độ bền cánh bảo vệ chúng khỏi sét mưa Hình Bề mặt cánh tuabin gió phủ hỗn hợp polyme NPs Cơng nghệ nano áp dụng cho thành phần khác tuabin gió dung dịch bơi trơn hộp số Việc sử dụng số chất phụ gia nanocolloidal boron nitride, đạt khả chống mài mòn cao hộp số 3.7.4 Năng lượng địa nhiệt Năng lượng nhiệt trái đất gọi lượng địa nhiệt khai thác từ đá nóng nước nóng lịng Trái Đất Các phương pháp để sử dụng lượng địa nhiệt bao gồm: thứ tạo điện hệ thống nhà máy điện địa nhiệt thứ hai sử dụng lượng địa nhiệt trực tiếp Một số loại ứng dụng địa nhiệt trực tiếp làm mát sưởi ấm tịa nhà, sử dụng nơng nghiệp công nghiệp, làm tan tuyết vùng có khí hậu lạnh Ngồi ứng dụng trực tiếp, cịn có loại nhà máy điện địa nhiệt sử dụng tuabin nước để tạo điện Chất lỏng nước làm việc hấp thụ nhiệt từ đá nóng mặt đất, sau cho nước nóng qua tuabin hơi, nhiệt chuyển hóa lượng thành điện Ngồi ra, để trì chu kỳ, chất lỏng nguội trở lại nguồn nóng Theo thống kê, 32 năm từ 1975 đến 2007, hệ thống địa nhiệt lắp đặt khắp giới tăng từ 1300 MWe lên 10000 41 MWe Do đó, bỏ qua tầm quan trọng lượng địa nhiệt sản xuất điện Việc ứng dụng công nghệ nano lượng địa nhiệt vào vật liệu chứa cấu trúc lớp phủ nano nhằm giảm ăn mòn trao đổi nhiệt chất lỏng nano nhằm tăng cường đặc tính nhiệt chất lỏng Để cung cấp lớp phủ nano để sử dụng nhà máy địa nhiệt, montomorillonite có kích thước nano (MMT) phân tán ma trận polyphenylene sulfide (PPS) Do q trình này, điểm nóng chảy lớp phủ kích thước nano tăng từ 40°C đến 290°C; đó, lớp phủ khơng bị ăn mịn hệ thống địa nhiệt để giảm ăn mịn hiệu Ngồi ra, lớp phủ nano ‐ ZrO2 – TiO2 sản xuất để ngăn hệ thống địa nhiệt khỏi bị ăn mòn Lớp phủ polytetrafluoroethylen (PTFE) ống nano cacbon sử dụng bề mặt trao đổi nhiệt địa nhiệt Ưu điểm bền nhiệt độ cao, chống ăn mòn kháng lửa đặc biệt Ngoài ra, bề mặt phủ SiO2 sản xuất để đối đầu với nước địa nhiệt ăn mòn nhằm hạn chế bám bẩn ăn mòn Ứng dụng thứ hai công nghệ nano nhà máy điện địa nhiệt sử dụng chất lỏng nano làm chất lỏng làm việc Chất lỏng nano thiết bị trao đổi nhiệt nước – CuO nước – nhôm Kết cho thấy hệ số đối lưu chất lỏng nano nước – CuO cao chất lỏng nano nhôm nước Hệ số truyền nhiệt lượng cực đại thu khoảng 800 W/m2 K phần thể tích 6% Theo nghiên cứu ảnh hưởng việc sử dụng chất lỏng nano lượng địa nhiệt Như nghiên cứu ra, việc sử dụng chất lỏng nano, lượng chiết xuất từ hồ chứa sử dụng lượng địa nhiệt tăng cường Ngoài ra, hiệu suất cọc lượng địa nhiệt kiểm tra Do sử dụng chất lỏng nano làm chất lỏng mang nhiệt, hiệu suất cọc lượng tăng cường Chất lỏng nano nước CuO sử dụng làm chất lỏng hoạt động thu lượng mặt trời hệ thống CCHP địa nhiệt mặt trời Kết việc sử dụng chất lỏng nano thay nước tinh khiết làm tăng hiệu suất nhiệt exergy hệ thống, đồng thời giảm tỷ lệ tổng chi phí Chất lỏng ethylene propylene glycol NP NP sinh chất ống nano carbon Theo kết kiểm tra, truyền nhiệt tăng cường cách phân tán NP chất lỏng Boyaghchi Chavoshi đề xuất hệ thống CCHP địa nhiệt lượng mặt trời với thu nhiệt sử dụng chất lỏng nano nước CuO làm chất lỏng hoạt động Tác động việc sử dụng chất lỏng nano hệ thống có tác động đáng kể chi phí sản xuất, hiệu lượng 3.8 Tác động công nghệ nano đến sức khỏe người môi trường a) Ảnh hưởng đến sức khỏe người 42 Do phát triển mạnh mẽ công nghệ nano làm tăng số lượng nguồn tiếp xúc với hạt nano: q trình hít, nuốt, sử dụng mỹ phẩm, tiêm Kích thước hạt nano có tác động khác thể Ở người, hạt nano nằm sâu vào đường hô hấp, qua phổi vào máu đến phận có khả nhạy cảm gan, lách, thận, não trái tim Cũng có ảnh hưởng khơng mong muốn hịa tan hạt nano thể môi trường dày, máu đường hô hấp Hoạt động sinh học thể bị ảnh hưởng không tốt hình dạng hạt nano, ví dụ hạt nano bạc chứng minh có tương tác phụ thuộc hình dạng với E coli Các yếu tố quan trọng khác độc tính nano diện tích bề mặt thành phần hạt Do tiếp xúc với hạt nano tăng lên, thực tế có kích thước tương tự phân tử sinh học, mối quan tâm rủi ro sức khỏe tăng Một biểu dễ thấy hiệu ứng sức khỏe hạt nano cho thấy chúng tác động đến phổi, da, hệ tiêu hóa, máu, tim mạch hệ thần kinh Đồng thời phơi nhiễm lâu dài ô nhiễm không khí làm tăng nguy tử vong bệnh tim mạch vành Phơi nhiễm hơ hấp dẫn đến phản ứng viêm, để giải phóng cytokine pro-coomulatory vào lưu thông, ảnh hưởng đến chức nội mô, fibrinolysis phát sinh huyết khối tạo hiệu ứng ảnh hưởng đến tim mạch Các nghiên cứu dịch tễ học phát tiếp xúc với hạt nhỏ hạt mịn đốt cháy tạo gây ung thư phổi, bệnh tim, hen suyễn tăng tỷ lệ tử vong Mặc dù ảnh hưởng đến sức khỏe người, có lo ngại tác động môi trường công nghệ nano Tác động vật liệu nano môi trường biểu như: Ảnh hưởng vật liệu nano động vật không xương sống, cá, vi sinh vật loài khác; Tương tác với loại ô nhiễm khác, sửa đổi khả dụng sinh học hợp chất độc hại chất dinh dưỡng; Ảnh hưởng đến cấu trúc mơi trường khơng tồn Các quy trình khác có khả dẫn đến việc phát tán sản phẩm hỗ trợ nano, cho thấy việc phát tán cho đất xảy giai đoạn khác vòng đời sản phẩm hỗ trợ nano Trong số giai đoạn, chủ yếu giai đoạn cuối vòng đời sản phẩm, số sản phẩm nano gây mối đe dọa thực đất Đây vấn đề mối quan tâm ngày tăng, mơ hình cho thấy đất thụ thể hạt nano, chí nhiều khơng khí nước Các hạt nano vào đất thơng qua cố tràn công nghiệp, bãi chôn lấp bùn thải sử dụng làm phân bón, chúng sử dụng để làm đất (trong trình gọi chất sinh học) Nhiều hạt nano, cụ thể hạt có chứa bạc, đồng kẽm, có đặc tính chống vi khuẩn Chúng có lợi cho số ứng dụng y tế định, xuất mơi trường tự nhiên 43 mối đe dọa lớn cộng đồng vi sinh vật có lợi (vi khuẩn, nấm archaea), chẳng hạn người tìm thấy đất Kết luận, chứng bắt đầu thực tế với thay đổi tích cực cơng nghệ nano, gây tác dụng độc hại cho sức khỏe người cho an ninh môi trường Tác dụng sức khỏe hạt nano chưa hoàn toàn hiểu, tác dụng độc hại công nhận cho mức phổi, sinh sản, tim, tiêu hóa, da miễn dịch Các vật liệu nano gây khơng khí, nước quan trọng dạng ô nhiễm đất dai dẳng, chúng nhỏ để phát dễ dàng, làm cho nano tác động đến môi trường không mong muốn Các nghiên cứu lớn nhiều cần thiết để xác định độ phản ứng người số phận hạt nano môi trường trước công nghệ nano quy mơ lớn hồn tồn giải 44 Chương Kết luận Qua báo cáo “Phân loại vật liệu nano xu hướng phát triển cơng nghệ nano” nhóm em đưa kết sau: - Đưa lý thuyết tổng quan loại vật liệu nano công nghệ nano - Trình bày khía cạch để phân loại vật liệu nano thơng qua hình dạng, tính chất chất vật liệu - Trình bày hướng áp dụng công nghệ nano lĩnh vực khác như: nông nghiệp, công nghiệp, mỹ phẩm, nha khoa, xây dựng,… tác động 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO Pasa, André Avelino (2010) “Chapter 13: Metal Nanolayer-Base Transistor” Handbook of Nanophysics: Nanoelectronics and Nanophotonics CRC Press tr 13–1, 13–4 ISBN 9781420075519 Binnig, G.; Rohrer, H (1986) “Scanning tunneling microscopy” IBM Journal of Research and Development 30 (4): 355–69 Kroto, H W., Heath, J R., O’Brien, S C., Curl, R F., & Smalley, R E Saleh, T A (2020) Nanomaterials: Classification, properties, and environmental toxicities Environmental Technology & Innovation De, Shrabani, Madhuri, Rashmi, 2020 “Functionalized nanomaterials for electronics and electrical and energy industries” pp 269–296 Crucho, C I C., & Barros, M T “Polymeric nanoparticles: A study on the preparation variables and characterization methods” Materials Science and Engineering: C, 80, 771–784, (2017) Zhou, W., Ma, Z., Yang, H., Qiang, Z., Qin, G., Pang, H., … Zhao, D (2009) Flexible photonic-crystal Fano filters based on transferred semiconductor nanomembranes Journal of Physics D: Applied Physics, 42(23) Yoder, M A., Yan, Z., Han, M., Rogers, J A., & Nuzzo, R G (2018) “Semiconductor Nanomembrane Materials for High-Performance Soft Electronic Devices” Journal of the American Chemical Society, 140(29), 9001– 9019 doi:10.1021/jacs.8b04225 Công nghệ nano ứng dụng trồng trọt (2022) 10 Joshi, H., Choudhary, P., & Mundra, S L (2019) Future prospects of nanotechnology in agriculture Int J Chem Stud, 7(2), 957-963 11 Công nghệ nano ứng dụng trồng trọt (2022) 12 Hill, E., & Li, J (2017) Current and future prospects for nanotechnology in animal production Journal Of Animal Science And Biotechnology, 8(1) doi: 10.1186/s40104-017-0157-5 13 Ahmadi, Z (2019) Epoxy in nanotechnology: A short review Progress in Organic Coatings, 132, 445-448 14 Tìm hiểu lớp phủ Epoxy đặc điểm nỗi bật CN (2016) 46 15 Gramling, H M., Kiziroglou, M E., & Yeatman, E M (2017) Nanotechnology for consumer electronics Nanoelectronics: Materials, Devices, Applications, 1, 501526 Khoa học công nghệ Nano lĩnh vực điện tử, quang điện tử công nghệ thông tin truyền thông (2009) 16 17 Mishra, S (2016) Nanotechnology in medicine Indian Heart Journal, 68(3), 18 Jin, J O., Kim, G., Hwang, J., Han, K H., Kwak, M., & Lee, P C (2020) 437 Nucleic acid nanotechnology for cancer treatment Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Reviews on Cancer, 1874(1), 188377 19 Thanh, D (2017) Dùng hạt nano giúp hệ miễn dịch chống ung thư http://bachmai.gov.vn/tin-tuc-va-su-kien/tin-quoc-te-menuleft-35/3704-dung-h-t-nanogiup-h-mi-n-d-ch-ch-ng-ung-thu.html 20 Huber, B., & Burfeindt, J (2019) Nanotechnology in cosmetics In Nanocosmetics (pp 17-25) Springer, Cham 21 pharm, h (2018) Công nghệ nano ứng dụng mỹ phẩm https://huepharmuni.edu.vn/index.php/vi/tin-tuc/thong-tin-y-duoc/371-cong-nghe-nano-ung-dungtrong-my-pham 22 Demir, N (2021) Nanotechnology in cosmetics: opportunities and challenges NanoEra, 1(1), 19-23 23 Jandt, K D., & Watts, D C (2020) Nanotechnology in dentistry: Present and future perspectives on dental nanomaterials Dental Materials, 36(11), 1365-1378 24 Raval, C., Vyas, K., Gandhi, U., Patel, B., Patel, P., 2016 Nanotech- 751 nology in dentistry: a review J Adv Med Dental Sci Res (3), 752 51 25 AlKahtani, R N (2018) The implications and applications of nanotechnology in dentistry: A review The Saudi dental journal, 30(2), 107-116 26 Papadaki, D., Kiriakidis, G., & Tsoutsos, T (2018) Applications of nanotechnology in construction industry In Fundamentals of nanoparticles (pp 343370) Elsevier 27 F Pacheco-Torgal, S Jalali, Nanotechnology: advantages and drawbacks in the field of construction and building materials, Construction and Building Materials (2011) 582–590 47 28 Gibb, A., Jones, W., Goodier, C., Bust, P., Song, M., & Jin, J (2018) Nanotechnology in construction and demolition: What we know, what we don’t Construction Research and Innovation, 9(2), 55-58 29 A Sirelkhatim, et al Review on zinc oxide nanoparticles: antibacterial activity and toxicity mechanism, Nano Micro Lett (3) (2015) 219–242 30 D Colangiuli, A Calia, N Bianco, Novel multifunctional coatings with photocatalytic and hydrophobic properties for the preservation of the stone building heritage, Construct Build Mater 93 (2015) 189–196 31 C.G Granqvist, et al Nanomaterials for benign indoor environments: electrochromics for “smart windows”, sensors for air quality, and photo-catalysts for air cleaning, Solar Energy Mater Solar Cells 91 (4) (2007) 355–365 48 ... Chương Xu hướng phát triển công nghệ nano 28 3.1 Xu hướng phát triển công nghệ nano nông nghiệp 28 3.2 Xu hướng phát triển công nghệ nano công nghiệp 29 3.3 Xu hướng phát triển công nghệ nano. .. tích NP bị phân tán 2.3 Phân loại vật liệu nano theo chất vật liệu ❖ Vật liệu nano kim loại vật liệu nano oxit kim loại ➢ Vật liệu nano kim loại NPS kim loại vàng, sắt, bạc NPS kim loại khác có... 3.4 Xu hướng phát triển công nghệ nano mỹ phẩm 34 3.5 Xu hướng phát triển công nghệ nano nha khoa 35 3.6 Xu hướng phát triển công nghệ nano xây dựng 36 Chương Kết luận 45 TÀI LIỆU