đề tài công nghệ nano

Những tính chất của vật chất trong lĩnh vựcnày có thể được quan sát và khảo sát ở quy mô vi mô hoặc vĩ mô và được ứngdụng để phát triển các nguyên liệu, dụng cụ với những chức năng và tí

KHOA QUẢN TRỊ KINH DOANH

BÀI TIỂU LUẬN

Đề Tài:

CÔNG NGHỆ NANO VÀ ỨNG DỤNG TRONG QUẢN LÝ

TP Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2013

Lời mở đầu

Công nghệ tạo nên sự phát triển của xã hội đã trải qua quá trình tiến hóa từkhi hình thành xã hội loài người Hàng triệu năm trước công nguyên, cuộc sống củacon người chủ yếu dựa trên công nghệ thô sơ là hái lượm và săn bắn Từ khoảng10.000 năm TCN đến thế kỷ thứ 18, loài người sống và làm việc dựa trên nền kinh

tế nông nghiệp Từ năm đầu thế kỷ 19 đến giữa thế kỷ 20 là giai đoạn phát triển củanền công nghiệp thế giới Giai đoạn từ những năm 1960 đến nay (2010) là giai đoạnphát triển của công nghệ thông tin Còn hiện nay chúng ta đang bước sang giaiđoạn phát triển của công nghệ nano và thực tại ảo đang mang lại những sự thay đổirất cơ bản trong xã hội loài người

Chúng ta đã bước vào thế kỷ 21 và sự biến động của một thời đại mới đangviết lại các quy luật của sản xuất và kinh doanh Sự phát triển công nghệ tạo nên sựthay đổi thế giới một cách mạnh mẽ với tốc độ nhanh hơn bao giờ hết

Kinh tế thị trường hiện nay thực chất là một cuộc cạnh tranh làm sao tạo nênlợi nhuận lớn một cách nhanh chóng cùng với việc tối ưu hóa việc quản lý Vai tròcủa Hệ thống thông tin quản lý (IMS) trong nền kinh tế quốc dân và sự phát triển của

xã hội là cực kỳ to lớn IMS sẽ còn mang lại nhiều tiện ích trong muôn màu muôn vẻcủa cuộc sống văn minh hiện đại trong tương lai

PHẦN 1: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ NANO

1 Xuất phát điểm của công nghệ NANO

Năm 1959 giáo sư Richard Feynman (Viện kỹ thuật Massatchusets-MIT) đề

ra một thuyết táo bạo: "Thay vì phân chia vật chất, tại sao chúng ta không đi từ cái

vô cùng nhỏ?" Mười năm sau, sinh viên Eric Drexler nghĩ ra thuật ngữNanotechnologie Năm 1985, 2 nhà nghiên cứu Gerd Bining (Đức) và HeinrichRohrer (Thuỵ Sỹ) tạo ra kính hiển vi, có khả năng nhìn những vật chỉ nhỏ bằng 1/25kích thước phân tử Một năm sau, họ đoạt giải Nobel Năm 1990, một nhà nghiêncứu của hãng IBM Don Eigler mới đạt được những thành công từ kỹ thuật NANO, là

vẽ lại được biểu tượng của nhiều công ty bằng những dạng vật chất siêu nhỏ, từ kỹthuật siêu nhỏ Từ đó NANO xem như được công chúng biết đến

Công nghệ NANO thuộc vào lĩnh vực khoa học và công nghệ ở quy môNANO của các nguyên tử và phân tử Những tính chất của vật chất trong lĩnh vựcnày có thể được quan sát và khảo sát ở quy mô vi mô hoặc vĩ mô và được ứngdụng để phát triển các nguyên liệu, dụng cụ với những chức năng và tính năng mới

Nhiều lĩnh vực của công nghệ NANO vẫn còn trong giai đoạn phát triển banđầu, nhưng một số ứng dụng đã được thương mại hoá một cách thành công, nhất làtrong lĩnh vực của vật liệu polyme mới

2. NANO là gì?

Nano có nghĩa là nanomét (ký hiệu: nm) bằng một phần tỷ mét(1/1.000.000.000 m), một đơn vị đo lường để đo kích thước những vật cực nhỏ Cơcấu nhỏ nhất của vật chất là nguyên tử có kích thước: 0,1 nm, phân tử là tập hợpcủa nhiều nguyên tử: 1 nm, vi khuẩn: 50 nm, hồng huyết cầu: 10.000 nm, tinh trùng:25.000 nm, sợi tóc: 100.000 nm, đầu cây kim: 1 triệu nm và chiều cao con người: 2

tỷ nm

Vì sự phát triển tiến bộ vượt bậc, ngành khoa học đã nghiên cứu thành côngtrong công nghệ NaNo, chủ yếu dùng trong lĩnh vực vi điên tử, và một số ngànhcông nghiệp và công nghệ cao khác Để ra được một công nghệ siêu siêu nhỏ này

dù dạng dung dịch lỏng hay dạng bột, cũng phải qua rất nhiều công đoạn và quy

trình từ trên xuống Topdow (gọt nhỏ các phân tử Micro) hay Bottom-up (ghép cácnguyên tử hoặc phân tử) Đây chỉ là một số công nghệ cơ bản và ứng dụng hoáhọc rất ngắn trong đề tài về khoa học và công nghệ Hoá Học NaNo.

3. Tổng quan về vật liệu công nghệ nano

Khoa học nano và công nghệ nano là về cơ bản liên quan đến vật liệu chứcnăng mới hoặc được cải tiến có thể mang lại lợi ích cho con người Các tài liệu nàyđược gọi là vật liệu công nghệ nano hay vật liệu nano Có nhiều phương pháp khácnhau để xây dựng các vật liệu nano Những cách tiếp cận như sau:

Giảm vật liệu lớn để cấu trúc nhỏ hoặc kỹ thuật từ trên xuống Một cách khác

để làm điều này là kỹ thuật từ dưới lên Này được thực hiện bằng cách cho phépcác nguyên tử để tự sắp xếp hoặc tự lắp ráp để đến với cấu trúc chức năng ra khỏithuộc tính tự nhiên của họ

Một phương pháp khác là sử dụng công cụ để giúp các phân tử di chuyển cánhân Quá trình này có điều chỉnh xây dựng lớn hơn nhưng mất thời gian và không

áp dụng cho sử dụng công nghiệp

Kích thước khác nhau của vật liệu nano

Vật liệu nano là những người có thành phần cấu trúc đó có ít nhất một kíchthước nhỏ hơn 100 nano mét Vật liệu nano có kích thước khác nhau, kích thướcmột hoặc một, hai chiều hoặc hai chiều, và ba vật liệu nano kích thước Ví dụ về cácvật liệu nano với kích thước khác nhau như sau:

• Ống nano vô cơ

Các ứng dụng của vật liệu công nghệ nano

Trong khi một số vật liệu nano vẫn đang trên quá trình đang được phát triển

và nghiên cứu tại các phòng thí nghiệm khác nhau trên thế giới, một số trong nhữngvật liệu nano đã được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau trong xã hội Bạn cóthể ngạc nhiên khi thấy một số sản phẩm của nghiên cứu rộng rãi là ngay trong nhàrất của bạn Các ứng dụng của vật liệu nano được chia thành ba loại: các ứng dụnghiện nay bao gồm mỹ phẩm, công cụ khó khăn, vật liệu tổng hợp, đất sét, vàsơn Ứng dụng ngắn hạn bao gồm các tế bào nhiên liệu, pin, chất xúc tác, sơn, chấtphụ gia nhiên liệu, và hiển thị, trong số những người khác Ứng dụng dài hạn củavật liệu nano bao gồm dầu nhờn, vật liệu từ tính, cấy ghép y tế, gốm sứ machinable,lọc nước, vật liệu tổng hợp ống nano, và phù hợp với cuộc chiến quân sự

Công nghệ nano đề cập đến tất cả các nghiên cứu và nghiên cứu được tiếnhành trong phòng thí nghiệm khoa học trước nhằm mục đích để sản xuất vật liệucông nghệ nano để nâng cao điều kiện sống của con người Công nghệ nano cònđược gọi là khoa học về những việc nhỏ hoặc sự phát triển và kỹ thuật của các hệthống chức năng ở quy mô phân tử

• Ống nano carbon

Composite sợi carbon trước đây rất nổi tiếng vì nhẹ, bền, ít bị tác dụng hóahọc nếu thay sợi carbon bằng ống nanocarbon chắc chắn sẽ làm vật liệu nhẹ hơnnhiều, được sử dụng trên các phương tiện cần giảm trọng lượng như máy bay…

Hiện nay, sợi carbon và các bó ống carbon đa lớp được dùng gia cường chopolymer để điều khiển và nâng cao tính dẫn, dùng làm bao bì chống tĩnh điện haylàm vật liệu cấy vào cơ thể vì carbon dễ tương hợp với xương, mô…, làm các mànglọc cũng như linh kiện quang phi tuyến

Một hướng mới hiện nay là dùng ống nano carbon để gia cường cho polymernhưng không phải để tạo ra cấu trúc nanocomposite mà để thay đổi tính chất quangđiện của polymer Ví dụ như PPV (m-phenylenevinylene-co-dioctoxy-p-phenylenevinylene) sau khi được gia cường với ống nano carbon, độ dẫn điện tănglên 8 lần, bền cơ lý hơn PMMA/ống carbon nano được dùng làm kính hiển vi quanghọc dưới điện trường một chiều áp vào là 0.3kV/mm

Ống nano carbon

• Hạt nano

Đất sét chứa các hạt nano là loại vật liệu xây dựng lâu đời Hiện nay, polymergia cường bằng đất sét (nanoclay) được ứng dụng khá nhiều như dùng trong bộphận hãm xe hơi Ngoài ra có thể sử dụng hạt carbon đen có kích thước 10 đến 100

nm để gia cường cho vỏ xe hơi

Polymer/đất sét có thể làm vật liệu chống cháy, ví dụ như một số loạinanocomposite của Nylon 6/silicate, PS/layered silicate…hay vật liệu dẫn điện như

nanocomposite PEO/Li-MMT (MMT = Montmorillonite) dùng trong pin, vật liệu phânhủy sinh học như PCL/MMT hay PLA/MMT.

Ngoài ra, khi các polymer như ABS, PS, PVA…được gia cường hạt đất sétkhác nhau sẽ cải thiện đáng kể tính chất cơ lý của polymer và có những ứng dụngkhác nhau như ABS/MMT làm khung xe hơi hay khung máy bay, PMMA/MMT làmkính chắn gió, PVA/MMT làm bao bì…

Các hạt nano được sử dụng trong sơn có thể cải thiện đáng kể tính chất nhưlàm cho lớp sơn mỏng hơn, nhẹ hơn, sử dụng trong máy bay nhằm giảm trọnglượng máy bay

Ngoài đất sét ra thì trong vật liệu nanocomposite polymer còn sử dụng cáchạt ở kích thước nanomet như hạt CuS, CdS, CdSe…Ví dụ như PVA với hàm lượnghạt CuS (~20nm-12nm) là 15-20% thể tích cho độ dẫn điện cao nhất, trong khi nếucác hạt CuS ở kích thước 10µm, muốn đạt được độ dẫn điện tương ứng thì hàmlượng CuS phải là 40% Nanocomposite polymer nano CdS, CdSe, ZnO,ZnS cònđược sử dụng như những vật liệu cảm quang trong phim, giấy ảnh, mực in, bộtphotocopy, mực in màu

Nhìn chung, vật liệu nanocomposite có tính chất tốt hơn so với compositethông thường nên có nhiều ứng dụng đặc biệt và hiệu quả hơn Đây sẽ là lọai vậtliệu mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới và hứa hẹn nhiều tiềm năng ứng dụng cao

Hạt nano

4 Ưu điểm và Nhược điểm của Nano

Công nghệ nano có ứng dụng rất lớn trong cuộc sống và là một công nghệ triểnvọng ngay tại thời điểm hiện tại lẫn tương lai Nhiều người nghĩ rằng sẽ mang lạinhiều lợi ích cho tất cả những người sẽ được sử dụng nó, không có gì là hoàn hảo

và sẽ luôn có những ưu và khuyết điểm về tất cả mọi thứ:

• Công nghệ nano cũng có thể có lợi cho ngành năng lượng Sự phát triển củanăng lượng hơn sản xuất, năng lượng hấp thụ, và các sản phẩm lưu trữ năng lượnghiệu quả trong các thiết bị nhỏ hơn và hiệu quả hơn là có thể với công nghệnày Các hạng mục như pin, pin nhiên liệu, và các tế bào năng lượng mặt trời có thểđược xây dựng nhỏ hơn nhưng có thể được thực hiện có hiệu quả hơn với côngnghệ này

• Một ngành công nghiệp có thể được hưởng lợi từ công nghệ nano là lĩnh vựcsản xuất sẽ cần các vật liệu như ống nano, gel khí, hạt nano, và các mặt hàngtương tự khác để sản xuất sản phẩm của mình với Những vật liệu này thườngmạnh hơn, bền hơn và nhẹ hơn so với những người không được sản xuất với sựtrợ giúp của công nghệ nano

• Trong thế giới y học, công nghệ nano cũng được xem là một lợi ích từ những

có thể giúp tạo ra những gì được gọi là thuốc thông minh Những giúp đỡ chữa trịngười nhanh hơn và không có tác dụng phụ mà thuốc truyền thống khác có Bạncũng sẽ thấy rằng việc nghiên cứu công nghệ nano trong y học bây giờ đang tậptrung vào các lĩnh vực như tái tạo mô, sửa chữa xương, khả năng miễn dịch vàthậm chí cả phương pháp chữa trị cho các bệnh như ung thư chẳng hạn, bệnh tiểuđường, và cuộc sống khác đe dọa bệnh

Ứng dụng nổi bật trong y học

• Nhược điểm:

Khi giải quyết những ưu điểm và nhược điểm của công nghệ nano, bạn cũng

sẽ cần phải chỉ ra những gì có thể được coi là mặt tiêu cực của công nghệ này:

• Bao gồm trong danh sách các nhược điểm của khoa học này và phát triểncủa nó là khả năng mất việc làm trong nông nghiệp truyền thống và ngành côngnghiệp sản xuất

• Bạn cũng sẽ thấy rằng sự phát triển của công nghệ nano cũng có thể manglại sự sụp đổ của thị trường nhất định do sự hạ thấp giá trị của dầu và kim cương dokhả năng phát triển các nguồn năng lượng thay thế có hiệu quả hơn và sẽ khôngyêu cầu sử dụng nhiên liệu hóa thạch Điều này cũng có thể có nghĩa là kể từ khimọi người có thể phát triển sản phẩm ở mức độ phân tử, kim cương cũng sẽ mất đigiá trị của nó vì nó có thể được sản xuất hàng loạt

• Vũ khí hạt nhân có thể được tiếp cận hơn và thực hiện cho được mạnh mẽhơn và phá hoại Đây cũng có thể trở nên dễ tiếp cận hơn với công nghệ nano

• Từ những hạt rất nhỏ, vấn đề thực sự có thể phát sinh từ việc hít phải các hạtphút, giống như các vấn đề một người bị từ hít phải những hạt amiăng phút

• Hiện nay, công nghệ nano là rất tốn kém và phát triển nó có thể mất rất nhiềutiền Nó cũng là khá khó khăn để sản xuất, mà có lẽ là lý do tại sao các sản phẩmđược thực hiện với công nghệ nano là đắt tiền hơn

Mối quan tâm chung với công nghệ nano

Công nghệ nano là một trong những khám phá khoa học nóng nhất của thờiđại hiện nay Điều này là do công nghệ nano hiện rất nhiều lời hứa rằng tất cả cácphương pháp điều trị khác trước khi nó không thể cung cấp Hơn nữa, công nghệnano cũng thấy ứng dụng trong các lĩnh vực khác ngoài các lĩnh vực nó đã đượcbiết Kết quả là, các lĩnh vực ứng dụng của công nghệ nano cũng đa dạng như

những rủi ro có thể đi kèm với nó Như vậy, vấn đề an toàn của công nghệ nano vớicác công dân bình thường và các chuyên gia phải không được bỏ qua bởi vì nó làmột trong những cách để làm cho công nghệ này rất an toàn cho bất cứ ai sử dụngchúng.

Sau đây là một số trong những mối quan tâm chung được thể hiện bởi nhữngngười về việc sử dụng công nghệ nano:

• Công nghệ nano là một ứng dụng khoa học mới Mặc dù điều này cũng cóthể có nghĩa là một lợi ích cho nhân loại, đó là vấn đề an toàn liên quan đến ứngdụng của nó chủ yếu là do thực tế là nó là một cái gì đó mà chưa được kiểm tra đầy

đủ Một trong những mối quan tâm an toàn với công nghệ nano trong lĩnh vực nàyliên quan đến việc ứng dụng công nghệ trong lĩnh vực y tế và sức khỏe Một số longại rằng họ có thể gây ra tác dụng có hại thay vì tác dụng có lợi như mong muốn

• Bởi vì công nghệ nano liên quan đến các thao tác của vật chất ở mức độnguyên tử và phân tử, người ta lo ngại rằng các thao tác như vậy có thể dẫn đếnviệc sản xuất các vật liệu hoàn toàn sẽ làm thay đổi cách con người của cuộcsống Đây được xem là nguy hiểm đặc biệt là trong lĩnh vực ứng dụng y tế nơi cáchạt nano được sử dụng trong nhiều cách khác nhau như kem chống nắng và thuốctiêm Vấn đề an toàn với công nghệ nano trong các khu vực này tăng cao bởi vìthao tác như vậy của vấn đề có thể gây ra cho cơ thể phản ứng một cách tiêu cựcđến sự hiện diện của các sản phẩm công nghệ nano

• Ngoài ra còn có lo ngại rằng môi trường có thể được đặt trong tình trạng nguyhiểm mà các sản phẩm công nghệ nano có thể làm tăng mức độ ô nhiễm trongnhiều lĩnh vực tại một thời điểm khi sự cần thiết phải bảo vệ môi trường được theođuổi mạnh mẽ ở khắp mọi nơi Ví dụ, sản xuất động cơ tốt hơn cho ngành xe hơi vàcửa sổ cho xe ô tô có thể thúc đẩy các nhà sản xuất xe hơi và các đại lý địa phương

để bừa bãi bỏ các bộ phận mà có thể có thể gây ra cơn ác mộng môi trường với sự

vắng mặt của chương trình tốt hơn về xử lý chất thải Một chú ý ở đây là công nghệnano là một doanh nghiệp phát triển mạnh mẽ ở Mỹ, lên tới hàng tỷ đô la Tuy nhiên,bất chấp tất cả những thu nhập, chút suy nghĩ rất là tha cho vấn đề sức khỏe và môitrường Bởi vì các hạt nano là rất nhỏ, họ rất khó khăn để làm suy giảm và có thể dễdàng vượt qua trên từ người này sang người khác, trong quá trình trở thành đại lýcủa bệnh.

• Một trong vô số các vấn đề an toàn với công nghệ nano là việc thiếu một cơquan giám sát tập trung sẽ xem nó là tất cả các nỗ lực trong lĩnh vực này được tôngiáo theo dõi Như một bằng chứng về điều này, có các tạp chí rất ít và nghiên cứu

về các vấn đề an toàn với công nghệ nano chắc chắn làm tăng lo ngại rằng người

có thể có trên này ứng dụng công nghệ và tiến bộ

5 Ứng dụng của công nghệ Nano

- Khác với các chất độn thông thường, nếu sử dụng chất độn bentonit cỡNANO với lượng rất nhỏ thì có thể tăng tính ổn định nhiệt của polyamit thêm khoảng500C - Nếu chỉ bổ sung các chất độn NANO ở mức 2% trọng lượng của vật liệucomposit thì có thể giảm 50% độ thẩm thấu đối với oxy, CO2 và hơi nước

- Cỡ hạt đặt biệt mịn của các chất độn bentonit cỡ NANO, cho phép tạo racác lớp vật liệu silicat vô cơ 3 chiều, trong chất nền hữu cơ với hàm lượng chất độnchỉ ở mức vài phần trăm trọng lượng Khi cháy, mạng khoáng chất vô cơ này gópphần tạo thành các vách cứng, nhờ đó ngăn lửa lan rộng Tính chất này được ápdụng để sản xuất các vật liệu có tính năng chống cháy

- Các loại bột màu đặc biệt với khả năng hấp thụ cao (ví dụ canxi cacbonat

tự nhiên, nghiền mịn với các biến đổi đặc biệt trong cấu trúc bề mặt) đã được pháttriển cho các loại sơn đặc biệt ở đây người ta áp dụng phương pháp tạo hoạt tínhNANO trên bề mặt các hạt cỡ micro

- Máy cảm biến NANO thay thế thiết bị bán dẫn, Bê tông NANO thay thế ximăng - giá thành rẻ hơn và không thải ra quá nhiều CO2 trong quá trình sản xuất

- Những loại bột màu đặc biệt này có tốc độ hấp thụ nhanh hơn và dung tíchlỏng lớn gấp 10 lần so với bột màu đồng nhất thông thường Những tính chất này rất