Công nghê Nanô ? ppt

Công nghê Nanô ? Kích thước Định nghĩa “Công nghệ nano là một ngành khoa học - kỹ thuật ở quy mô nguyên tử và phân tử - kích thước nanômét National Nanotechnology Initiative, 2007 Nanô mét 1 m = 10 9 nm 1 nm = 10 -9 m DNA ~2-1/2 nm Tự nhiên Tự nhiên Tro, tàn thuốc ~ 10-20 µm Nguyên tử Si Khoảng cách ~nm Sợi tóc ~ 60 – 120 µm wide Tề bào bạch cầu ~ 2-5 μm Kiến ~ 5mm Con ve 200 µm ATP synthase ~10 nm diameter O O O OO O OO O OO OO O S O S O S O S O S O S O S O S P O O 21 st Century Challenge Combine nanoscale building blocks to make novel functional devices, e.g., a photosynthetic reaction center with integral semiconductor storage The Microworld 0.1 nm 1 nanometer (nm) 0.01 mm 10 nm 0.1 mm 100 nm 1 micrometer (mm) 0.01 mm 10 mm 0.1 mm 100 mm 1 millimeter (mm) 1 cm 10 mm 10 -2 m 10 -3 m 10 -4 m 10 -5 m 10 -6 m 10 -7 m 10 -8 m 10 -9 m 10 -10 m Visible The Nanoworld 1,000 nanometers = InfraredUltraviolet Microwave Soft x-ray 1,000,000 nanometers = Nhân tạo Nhân tạo Thiết bị MEMS 10 -100 µm Tế bào hồng cầu Phấn hoa Đầu đinh 1-2 mm Thành lượng tử (48 ntử Cu phân bố trên bề mặt của 1 mũi dò STM (đường kính 14 nm) Ống Nanô 10x nm (điện cực) ống Carbon ~1.3 nm Ống nanô (transistor) Office of Basic Energy Sciences Office of Science, U.S. DOE Version 03-05-02 Kích thước Lịch sử nghiên cứu Ý tưởng về công nghệ nano được đề xuất vào 29/12/1959 do nhà vật lý Richard Feynman: tất cả mọi thứ đều được cấu tạo nên từ các phần tử có kích thước rất nhỏ là các nguyên tử và phân tử. Richard Feynman. Tắc kè: Nanô? http://robotics.eecs.berkeley.edu/~ronf/Gecko/index.html Sợi nanô ở các ngón giúp tắc kè bám chặt “Hiệu ứng lá sen” – không dính ướt? Bề mặt cấu trúc nanô ! Lịch sử nghiên cứu • 1981 các nhà khoa học của IBM ở Zurich (Thụy Sĩ) lần đầu tiên đã phát minh ra kính hiển vi điện tử quét xuyên ngầm (scanning tunnelling microscope - STM): cho phép quan sát được từng đơn nguyên tử • Năm 1990 các nhà khoa học của IBM đã tìm ra cách sử dụng STM để di chuyển từng nguyên tử Xe (xenon) trên bề mặt niken di chuyển 35 nguyên tử Xe tạo ra IBM trên bề mặt Ni Fe trên đế Cu Ảnh chụp STM [...]... liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nano mét (< 100 nm) Phân loại vật liệu Nanô theo hình dạng a- chuổi hạt nanô b- băng nanô c- dây nanô d- chấm nanô e- tiếp xúc nanô f- ống nanô g- chấm lõm nanô hbậc thang nanô j- xuyến nanô k- màng mỏng chế tạo theo khuôn Phân loại vật liệu nanô theo số chiều • • • • • Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano, không còn chiều tự do nào... trời) Công nghệ mới, vật liệu mới tạo ra nguồn năng lượng sạch như sử dụng Hyđrô đ ể cung cấp cho các pin nhiên liệu Nội dung môn học • Công nghệ nanô • Vật liệu nanô • Phương pháp nghiên cứu và quan sát các cấu trúc nanô • Phương pháp chế tạo vật liệu nano • Ứng dụng vật liệu nano Vật liệu Nanô ? Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nano mét (< 100 nm) Phân loại vật liệu Nanô. .. ra 1985 • Đến năm 1991, ống nanô Carbon 60 đã được tạo ra và biết đến nhờ tính siêu nhỏ - siêu cứng – siêu nhẹ: nhẹ hơn 6 lần nhưng độ cứng gấp 100 lần so với thép!!! A “Buckyball.” A “Carbon Nanotube” Các sản phẩm từ công nghệ nanô Nanô carbon Chấm lượng tử “Ôtô Nano” (Rice University) Source: Hạt nanô Hạt nanô huỳnh quang Quân đội Vải sợi Các sản phẩm ứng dụng công nghệ Nanô Linh kiện Thiết bị Thuốc... các hạt nanô tinh thể Vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau Phân loại vật liệu nanô theo số chiều Một số ví dụ vật liệu nanô theo số chiều 1 chiều 0 chiều dạng hạt màng mỏng cấu trúc dị thể dây nanô 2 chiều màng ghi từ hình kim màng mỏng đa lớp hạt nanô mọc... sản phẩm ứng dụng công nghệ Nanô Linh kiện Thiết bị Thuốc – dược phẩm Quốc phòng An ninh Thực phẩm Năng lượng Hàng tiêu dùng Mỹ phẩm, chăm sóc sức khỏe Công nghệ Nanô và đời sống Chăm sóc sức khỏe Môi trường Hàng tiêu dùng Lương thực, mỹ phẩm Công nghệ Nanô Kinh tế Giáo dục Vũ trụ Quốc phòng/an ninh Ứng dụng: hàng không, an ninh, quốc phòng -Quần áo tư trang nhẹ, chống đạn, chống cháy, có thể thay đổi... trị bệnh Ứng dụng: ngành điện tử • Ngành điện tử nanô kết hợp với ngành sinh học, hóa học, vật lý, kỹ thuật, và khoa học máy tính để tạo ra các con chip máy tính (nanochips), nanomotors, … gắn với cơ thể người có sự liên hệ với hệ thần kinh • Công nghệ nano chế tạo ra các máy tính siêu nhỏ tiết kiệm năng lượng Ứng dụng: ngành năng lượng Chế tạo vật liệu nanô có khả năng hấp thụ và lưu trữ nguồn năng... nhanh và chính xác các loại vũ khí không nhìn thấy như hóa học, sinh học… Vật liệu siêu nhẹ - siêu cứng có chứa nanô Carbon được sử dụng chế tạo vỏ máy bay Cảm biến sinh học Ứng dụng: công nghệ vũ trụ, vệ tinh Đề xuất gần đây về thang máy dùng trong vũ trụ (nhẹ, cứng, bền) sử dụng các ống nanô carbon phục vụ các nghiên cứu không gian Ứng dụng: y sinh • • • Thiết kế các chuỗi sinh học theo các trình... làm sạch TiO2 Kính sinh thái tự làm sạch Phủ lớp mỏng nanô TiO2 (~15 nm) lên kính có tác dụng: -Hấp thụ bức xạ tử ngoại của mặt trời tạo ra hiệu ứng xúc tác quang hóa, phân hủy chất bẩn trên kính - Lớp xốp nanô chống ướt và khi nước rơi xuống bề mặt kinh, các giọt nước hút nhau, hình thành nên một màn nước sẽ rửa trôi chất bẩn Sơn tự làm sạch (sơn nanô) , vải tự làm sạch… ... nhỏ - Sự giam cầm không gian của các tính chất (Kích thước vật liệu ~ độ dài tới hạn của một số tính chất: Quãng đường tự do TB, sai hỏng, xuyên ngầm…) Vật liệu nanô Nhiệt độ nóng chảy ~ năng lượng liên kết => Tnc giảm khi xuống kích thước nanô Ví dụ: hiệu ứng bề mặt Hình dạng giọt nước phụ thuộc vào 3 thành phần lực liên kết: bề mặt tiếp xúc, không khí và phân tử nước bên trong Chống ướt tốt Tự làm... lượng tử Tính chất từ Độ dài tới hạn (nm) Hiệu ứng đường ngầm Tính chất điện Tính chất Bước sóng điện tử Lĩnh vực 1-10 Bán kính khởi động đứt vỡ 1-100 Sai hỏng mầm 0,1-10 Độ nhăn bề mặt 1-10 Vật liệu nanô 100 nm Vĩ mô Tính chất truyền thống/cổ điển (vĩ mô) Nhỏ Trung bình Lớn 1 nm Vi mô Nhiều tính chất mới/lượng tử -Nhiệt: to nóng chảy -Cơ: đàn hồi -Quang: hấp thụ, truyền qua -Điện: qui tắc lượng tử . Công nghê Nanô ? Kích thước Định nghĩa Công nghệ nano là một ngành khoa học - kỹ thuật ở quy mô nguyên tử và phân tử - kích thước nanômét National Nanotechnology Initiative, 2007 Nanô. nanô “Ôtô Nano” (Rice University) Các sản phẩm từ công nghệ nanô Source: Chấm lượng tử Nanô carbon Hạt nanô huỳnh quang Các sản phẩm ứng dụng công nghệ Nanô Vải sợi Mỹ phẩm, chăm sóc sức khỏe Thực. Feynman. Tắc kè: Nan ? http://robotics.eecs.berkeley.edu/~ronf/Gecko/index.html Sợi nanô ở các ngón giúp tắc kè bám chặt “Hiệu ứng lá sen” – không dính ướt? Bề mặt cấu trúc nanô ! Lịch sử nghiên