Khoa học công nghệ nano ứng dụng và tiềm năng

TRUNG TÂM THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUỐC GIA Địa chỉ: 24, Lý Thường Kiệt. Tel: 8262718, Fax: 9349127 Ban Biờn tập: TS. Tạ Bá Hưng (Trưởng ban), TS Phựng Minh Lai (Phó trưởng ban), TS. Trần Thanh Phương, Kiều Gia Như, Đặng Bảo Hà, Nguyễn Mạnh Quân “Khoa học-công nghệ nano ứng dụng và tiềm năng” 1 Mục lục Trang Lời giới thiệu 1 I. Khái quát về tình hình phát triển khoa học-công nghệ nano 3 1.1. Những khái niệm cơ bản về khoa học-công nghệ nano 3 1.2. Tình hình phát triển khoa học-công nghệ nano ở một số nước và khu vực trên thế giới 5 II. Sự phát triển của khoa học-công nghệ nano theo 5 lĩnh vực nghiên cứu chính 10 2.1. Vật liệu nano 10 2.2. Đo lường cỡ nano (nanometrology) 14 2.3. Khoa học-công nghệ nano trong lĩnh vực điện tử, quang điện tử và công nghệ thông tin và truyền thông (ICT) 16 2.4. Công nghệ nano sinh học và nano y học 18 2.5. Kỹ thuật chế tạo nano 19 III. Các lĩnh vực ứng dụng và tiềm năng của khoa học-công nghệ nano 23 3.1. Các lĩnh vực ứng dụng của khoa học-công nghệ nano 23 3.2. Tiềm năng của khoa học-công nghệ nano 39 Kết luận 47 Tài liệu tham khảo 48 2 Lời giới thiệu Khoa học-công nghệ nano (KH-CN NN) là một lĩnh vực nghiên cứu vật chất ở kích thước nanomét (1nanomét=10 -9 m). ở kích thước này, vật chất có những tính chất rất mới lạ, tạo ra những ứng dụng thiết thực và độc đáo. Vì vậy, KH-CN NN hiện đang được cho là sẽ tạo ra một cuộc cách mạng mới trong công nghiệp do những tác động to lớn của nó đến các phương thức sản xuất công nghiệp, làm tăng khả năng cạnh tranh kinh tế, do tạo ra được những vật liệu, hợp chất, hay những hệ thống nhỏ, nhẹ và hiệu quả hơn. KH-CN NN cũng được nhận định là sẽ đóng góp to lớn vào việc giải quyết những vấn đề môi trường trên thế giới, tạo ra những sản phẩm tiết kiệm và sử dụng tài nguyên ít hơn, làm giảm khối lượng chất thải và khí thải. Hiện nay, nhiều nước trên thế giới đang đẩy mạnh đầu tư vào nghiên cứu KH-CN NN, bước đầu tạo ra những nền tảng tri thức tương đối vững chắc về ngành khoa học này, bước đầu thu được kết quả từ việc tạo ra những sản phẩm sử dụng công nghệ nano. Để giúp bạn đọc có thêm thông tin về KH-CN NN, cũng như những ứng dụng và tiềm năng của nó trong tương lai, Trung tâm Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia biên soạn và giới thiệu Tổng quan “Khoa học-công nghệ nano - ứng dụng và tiềm năng”. Đây là một lĩnh vực còn mới, do vậy trong quá trình thu thập, chọn lọc, xử lý, biên tập có thể chưa đạt được chất lượng như mong muốn, mong bạn đọc chia sẻ và thông cảm. Xin trân trọng giới thiệu. 3 I. Khái quát về tình hình phát triển Khoa học-công nghệ nano 1.1. Những khái niệm cơ bản về khoa học-công nghệ nano Những khái niệm cơ bản về KH-CN NN lần đầu tiên được nhà vật lý Richard Feynman đưa ra vào năm 1959 trong bài luận có nhan đề “Còn nhiều khoảng trống ở dưới đáy”. Ông đã trình bày khả năng điều khiển vật liệu ở kích cỡ nguyên tử và phân tử, tưởng tượng ra toàn bộ cuốn bách khoa toàn thư Encyclopaedia Britannica được ghi vào trên một vật lưu trữ chỉ có kích thước bằng một mũi kim và dự đoán trước về khả năng kiểm soát và thao tác vật liệu ở kích cỡ nano. Từ “nano” bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là “lùn”. Một nm (nm) bằng 10 -9 m. Một sợi tóc của con người xấp xỉ khoảng 80.000 nm và một tế bào hồng cầu xấp xỉ khoảng 7.000 nm. Các nguyên tử có kích thước nhỏ hơn một nm, trong khi đó nhiều phân tử, trong đó có một số protein lại có kích thước từ một nm trở lên. Tuy vậy, thuật ngữ “công nghệ nano” không được sử dụng cho tới năm 1974, khi Norio Taniguchi, một nhà nghiên cứu ở trường Đại học Tokyo, Nhật Bản, sử dụng nó để đề cập tới khả năng thao tác các vật liệu một cách chính xác ở mức nm. Động lực chính để thúc đẩy việc sử dụng thuật ngữ này vào thời gian đó là do nhu cầu vi tiểu hình hóa ở ngành công nghiệp điện tử. Đây là ngành công nghiệp hướng tới việc phát triển những công cụ để tạo ra những linh kiện điện tử nhỏ hơn (và vì thế nhanh hơn và phức tạp hơn) trên các con chip silic. Trên thực tế, tại công ty IBM ở Mỹ, một kỹ thuật có tên là in li-tô bằng chùm electron đã được sử dụng để tạo ra những cấu trúc nano và những linh kiện nhỏ từ 40-70 nm vào đầu thập kỷ 70 của thế kỷ trước. Mặc dù không có sự phân biệt rõ ràng giữa khoa học nano và công nghệ nano, nhưng theo định nghĩa của một số tài liệu của Viện Hàn lâm Hoàng gia Anh và Tạp chí PloSMedicine của Mỹ, khoa học nano và công nghệ nano được hiểu như sau: - Khoa học nano là khoa học nghiên cứu về các hiện tượng và cách thao tác với các vật liệu ở kích cỡ nguyên tử, phân tử và đại phân tử. ở những kích thước đó vật liệu thể hiện những tính chất khác biệt đáng kể với những tính chất của chúng ở kích cỡ lớn hơn. - Công nghệ nano là công nghệ nghiên cứu, thiết kế, sáng tạo, tổng hợp, thao tác và ứng dụng các vật chất, cấu trúc, linh kiện và các hệ thống thông qua việc điều khiển vật chất ở kích cỡ nm, hay nói cách khác là ở kích thước nguyên tử và phân tử và khai thác hiện tượng, các tính chất mới lạ của vật liệu ở kích cỡ đó. Phạm vi kích thước được các nhà khoa học quan tâm nhiều nhất là từ 100 nm trở xuống tới mức nguyên tử (xấp xỉ khoảng 0,2 nm), bởi vì trong phạm vi kích thước này (đặc biệt là ở những kích thước nhỏ nhất), vật liệu có thể có những tính chất khác biệt, hoặc những tính chất mạnh hơn so với chính tính chất của chúng ở kích cỡ lớn hơn. Hai nguyên nhân chính dẫn tới những thay đổi ở tính chất của vật liệu là do diện tích bề mặt được tăng lên rất nhiều và xuất hiện các hiệu ứng lượng tử. Diện tích bề mặt (trên đơn vị khối) tăng lên sẽ dẫn tới độ phản ứng hóa học tương ứng tăng lên, làm cho 4 một số vật liệu nano có thể được sử dụng làm chất xúc tác để làm tăng hiệu quả của các pin nhiên liệu và ắc quy. Khi kích thước của vật liệu bị giảm xuống tới 10 nm hoặc ít hơn, các hiệu ứng lượng tử bắt đầu xuất hiện và chúng làm thay đổi các tính chất quang học, từ tính và điện tính của vật liệu. Trong lịch sử, các tính chất phụ thuộc vào kích thước đã được các nhà khoa học khai thác hàng thế kỷ nay. Ví dụ, các hạt nano vàng và bạc (các hạt có đường kính nhỏ hơn 100 nm) đã được sử dụng làm các chất nhuộm màu ở thủy tinh và gốm màu từ thế kỷ thứ 10 trước công nguyên. Tùy thuộc vào kích thước của chúng, các hạt vàng có thể thể hiện màu đỏ, xanh hoặc màu vàng. Tuy nhiên, khó khăn lớn nhất đối với các nhà hóa học cổ đại là chế tạo ra các hạt nano có cùng kích thước (vì vậy có cùng màu) và sản xuất ra các hạt nano có kích thước đơn (nhỏ hơn 10 nm) vẫn là những thách thức lớn đối với các nhà khoa học ngày nay. ở kích thước lớn hơn trong phạm vi kích thước nano nêu trên, các hiệu ứng khác như ứng suất bề mặt hay “độ dính” rất quan trọng, đây vốn là hiệu ứng tác động tới các tính chất vật lý và hóa học. Đối với môi trường lỏng và khí, chuyển động Brown, vốn được mô tả là sự chuyển động ngẫu nhiên của các hạt hoặc các nguyên tử lớn hơn do bị các nguyên tử và phân tử nhỏ hơn va đập vào, cũng rất quan trọng. Hiệu ứng này làm cho việc điều khiển từng cá thể phân tử hoặc nguyên tử trong những môi trường đó rất khó khăn. Khoa học nano quan tâm tới việc tìm hiểu những hiệu ứng đó và tác động của chúng lên các tính chất của vật liệu, còn công nghệ nano hướng tới việc khai thác những hiệu ứng này để tạo ra các cấu trúc, linh kiện và các hệ thống có những tính chất và chức năng mới lạ do kích thước thay đổi của chúng mang lại. Có thể nói, khoa học nano và công nghệ nano (sau đây viết tắt là KH-CN NN) không phải là lĩnh vực mới. Rất nhiều hóa chất và các phương pháp sản xuất hóa chất đã có các đặc trưng kích cỡ nanno. Ví dụ, trong nhiều thập kỷ qua, các nhà hóa học đã chế tạo ra các polime, các phân tử lớn được cấu tạo từ các hạt hạt kích thước nano. Công nghệ nano (CNNN) còn được sử dụng để tạo ra các đặc điểm rất nhỏ trên các con chip máy tính trong suốt 20 năm qua. Thế giới tự nhiên cũng chứa đựng rất nhiều ví dụ về các cấu trúc cỡ nano, từ sữa (một dạng thể keo cỡ nano) cho tới các protein có cấu trúc và kích cỡ nano phức tạp điều khiển những hoạt động sinh học, như những cơ gấp, các tế bào phục hồi và giải phóng năng lượng; các hạt nano được hình thành một cách tự nhiên, được tạo ra hàng ngàn năm nay do kết quả của việc đốt lửa và nấu thức ăn. Tuy nhiên, chỉ những năm gần đây, các nhà khoa học mới phát triển được những công cụ phức tạp để nghiên cứu, thao tác với các vật liệu ở kích cỡ nano và những công cụ này đã có tác động mạnh tới hiểu biết của con người về thế giới ở kích cỡ nano. Một bước tiến lớn của tiến bộ này là việc phát minh ra Kính hiển vi quét hiệu ứng đường hầm (STM) năm 1982 và Kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) năm 1986. Những công cụ này sử dụng các đầu dò kích cỡ nano để chụp, chiếu hình một bề mặt với độ phân giải nguyên tử và có khả năng nhặt, kéo hoặc trượt các nguyên tử hoặc các phân tử trên các bề mặt để tạo nên các cấu trúc thô sơ. Trong một thử nghiệm được tiến hành vào năm 1990 mà hiện nay còn rất nổi tiếng, hai nhà khoa học Don Eighler 5 và Erhard Schweizer thuộc Công ty IBM đã di chuyển các xenon nguyên tử trên một bề mặt niken để tạo nên lôgô của Công ty IBM trong một quy trình diễn ra trong phòng thí nghiệm kéo dài cả ngày dưới những điều kiện được kiểm soát nghiêm ngặt. Việc sử dụng những công cụ này không chỉ giới hạn ở một ngành kỹ thuật mà được sử dụng rộng rãi ở rất nhiều ngành khoa học khác nhau. Ví dụ, AFM còn được sử dụng để nghiên cứu các phân tử sinh học như protein. Kỹ thuật được Eigler và Schweizer sử dụng chỉ là một trong rất nhiều các phương pháp thao tác và sản xuất ra vật liệu nano, thường được xếp theo hai loại kỹ thuật “Từ trên xuống” hoặc “Từ dưới lên”. Các kỹ thuật “Từ trên xuống” là việc bắt đầu với một khối vật liệu và khắc ăn mòn, hoặc nghiền nó nhỏ xuống theo hình dạng mong muốn. Trong khi đó, kỹ thuật “Từ dưới lên” là việc lắp ghép ở cấp nguyên tử, hoặc phân tử để tạo ra một cấu trúc lớn hơn. Khó khăn chủ yếu đối với việc chế tạo theo cách “Từ trên xuống” là tạo ra các cấu trúc ngày càng nhỏ, với đủ độ chính xác. Còn đối với kỹ thuật “Từ dưới lên”, thì phải tạo ra các cấu trúc đủ lớn, có đầy đủ phẩm chất để sử dụng làm vật liệu. Hai phương pháp này được phát triển một cách riêng rẽ và do hiện nay đã đạt tới giao điểm, tại đó kích thước đặc trưng mà mỗi một kỹ thuật thu được là xấp xỉ như nhau, nên mang lại các phương pháp chế tạo lai ghép mới. CNNN còn có thể được coi là một lĩnh vực nghiên cứu liên ngành đã và đang thúc đẩy sự hợp tác giữa các nhà nghiên cứu ở nhiều lĩnh vực khác nhau để cùng chia sẻ kiến thức, công cụ và kỹ thuật. Một kiến thức về tính chất vật lý, hóa học của vật liệu và các quá trình chế tạo ở kích cỡ nano đều thích hợp với tất cả các ngành nghiên cứu khoa học, từ hóa học, vật lý tới sinh học, kỹ thuật và y học. Có thể coi những tiến triển trong nghiên cứu vật liệu ở các kích cỡ ngày càng nhỏ đang diễn ra trong mỗi một lĩnh vực khoa học hiện nay đều được gọi là “công nghệ nano”. 1.2. Tình hình phát triển khoa học-công nghệ nano ở một số nước và khu vực trên thế giới Chính tiềm năng to lớn tạo ra những ứng dụng nâng cao chất lượng cuộc sống con người của KH-CN NN rất lớn, nên rất nhiều nước trên thế giới đã chú trọng và phát triển mạnh nghiên cứu lĩnh vực này. Đây là lĩnh vực đang thu hút những khoản đầu tư tăng nhanh chóng từ các Chính phủ và các doanh nghiệp ở khắp nơi trên thế giới. Chi tiêu cho CNNN của các nước liên tục tăng trong những năm qua, đạt mức cao đáng ghi nhận vào năm 2005. Lux Research (2004), một báo cáo được công bố gần đây của Mỹ, cho biết, trên toàn thế giới ước tính chi tiêu của các Chính phủ cho nghiên cứu CNNN đạt 4,6 tỷ USD năm 2004, trong đó có khoảng 35% (1,6 tỷ USD) là của các nước Bắc Mỹ, 35% (1,6 tỷ USD) là của các nước châu á, 28% (1,3 tỷ) là của các nước châu Âu (trong đó có Liên minh châu Âu - EU), và 3% (133 triệu USD) còn lại là của các nước khác. ở khu vực tư nhân, xu hướng tăng đầu tư cho KH-CN NN cũng diễn ra mạnh mẽ. Cũng theo bản báo cáo nêu trên, chi tiêu cho R&D cho CNNN của khu vực tư nhân trên toàn thế giới đạt 3,8 tỷ USD, trong đó 46% (1,7 tỷ USD) là của các công ty Bắc Mỹ (chủ yếu là của Mỹ), 36% (1,4 tỷ USD) là của các công ty châu á, 17% (650 6 triệu USD) của các công ty châu Âu và chưa tới 1% (40 triệu USD) là của các công ty ở những khu vực khác. Tình hình đầu tư của các Chính phủ vào R&D của CNNN giai đoạn từ 1997-2005 được thể hiện qua số liệu ở Bảng 1. Bảng1: Ước tính đầu tư vào R&D công nghệ nano giai đoạn 1997 - 2005 của các Chính phủ (triệu USD) Khu vực 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005* EU 126 151 179 200 225 400 650 950 ~1050 Nhật Bản 120 135 157 245 465 720 800 900 ~950 Mỹ 116 190 255 270 465 697 862 989 ~1081 Những nước khác 70 83 96 110 380 550 800 900 ~1000 Tổng 432 559 687 825 1535 2350 3100 3700 ~4100 Tỷ lệ % so với năm 1997 100 129 159 191 355 547 720 866 ~945 Nguồn: Quỹ Khoa học Quốc gia, Mỹ * ~: ước tính năm 2005 Có thể nói, Mỹ là quốc gia đi đầu trong việc phát triển KH-CN NN. Cùng với việc thông qua Đạo luật R&D Công nghệ nano Thế kỷ 21 và tiếp theo đó là Sáng kiến Công nghệ nano Quốc gia, Mỹ đã dành 3,7 tỷ USD đầu tư cho CNNN giai đoạn 2005- 2008. ở Bảng 1, đầu tư cho R&D của Mỹ năm 2004 đã xấp xỉ gần 1 tỷ USD và dự kiến sẽ vượt 1 tỷ USD vào cuối năm 2005. Tại Mỹ, sáng kiến của các bang đóng vai trò là những động lực thúc đẩy bổ sung tài trợ R&D, cũng như thúc đẩy các hoạt động kinh tế và thương mại hóa. Năm 2004, các chính quyền các bang đã đầu tư hơn 400 triệu USD cho các chương trình nghiên cứu, các tiện ích và cho việc ươm tạo doanh nghiệp trong lĩnh vực CNNN. Tại châu Âu, những nỗ lực phát triển KH-CN NN thể hiện ở cả cấp độ quốc gia, với việc từng nước theo đuổi những chương trình nghiên cứu có mục tiêu riêng; và cả cấp độ EU, với một chương trình có nền tảng rộng rãi hơn. Ví dụ, theo Chương trình Khung về Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ lần thứ 6 (FP 6), EU đã cam kết tài trợ 350 triệu euro cho CNNN năm 2003, chiếm 1/3 tổng chi tiêu của châu Âu. Trong một thông báo gần đây (2004), EU đã nhất trí về cách tiếp cận R&D CNNN phối hợp lớn hơn giữa các nước trong khối, trong khi vẫn thừa nhận những chương trình của từng nước riêng rẽ. Trong EU, các nước phát triển mạnh CNNN đều có những kế hoạch chiến lược thúc đẩy CNNN theo mục tiêu của nước mình. Ngoài Anh và Pháp là 7 những nước dành đầu tư lớn cho KH-CN NN, tại EU, có thể coi Đức là một ví dụ điển hình nữa về đầu tư mạnh cho KH-CN NN. Ngay từ những năm đầu thập kỷ 90 của thế kỷ trước, khi CNNN được xác định là một lĩnh vực có nhiều hứa hẹn, Đức đã triển khai một chiến lược dành ưu tiên phần lớn tài trợ của Chính phủ cho lĩnh vực điện tử nano, vật liệu nano, kỹ thuật và khoa học quang học. Bảng 2: Tài trợ của Liên bang Đức cho các khu vực ưu đãi (triệu euro) Lĩnh vực 2002 2003 2004 2005 điện tử nano 19,9 25,0 44,7 46,2 vật liệu nano 19,2 20,3 32,7 38,1 kỹ thuật và khoa học về quang học 18,5 25,2 26,0 26,0 Kỹ thuật vi hệ 7,0 7,0 9,4 10,2 nano sinh học 4,6 5,4 5,0 3,1 Truyền thông 4,3 4,0 3,6 3,4 Các lĩnh vực khác 0,4 1,3 2,4 2,2 Tổng 73,9 88,2 123,8 129,2 Nguồn: Roos, U, 2004. Germany’s Nanotechnology Strategy. Berlin: Bristissh Embassy Berlin. Tại châu á, theo các báo cáo của Chương trình Thông tin về Công nghệ Châu á (ATIP), chương trình này có nhiệm vụ theo dõi những hoạt động phát triển công nghệ của các quốc gia châu á, Nhật Bản là nước đầu tư mạnh cho KH-CN NN hàng đầu thế giới. Như thấy ở Bảng 1, đầu tư của Nhật Bản trong lĩnh vực này đã đạt 900 triệu USD năm 2004 và sẽ tăng lên 950 triệu USD vào cuối năm 2005. Mặc dù Chính phủ Nhật Bản hỗ trợ mạnh cho nghiên cứu CNNN với một phạm vi rộng, nhưng nước này đã nhận ra được thế mạnh của mình là ở cơ sở hạ tầng và chế tạo dụng cụ. Nhật Bản cũng đặc biệt tập trung vào việc thương mại hoá CNNN. Gần đây, Nhật Bản đã tiến hành một loạt các sáng kiến nhằm hỗ trợ cho các doanh nghiệp Nhật Bản và phát triển các chiến lược nhằm hình thành những ngành công nghiệp liên quan tới CNNN mới. Với vai trò là một bộ phận của chiến lược khoa học và công nghệ (KH&CN), Chính phủ Nhật Bản đã coi việc “phát triển những linh kiện mới sử dụng CNNN” là một trong “5 dự án hàng đầu” nhằm phục hồi nền kinh tế của đất nước. Trung Quốc đặc biệt có thế mạnh trong việc phát triển vật liệu nano. Với trọng tâm nghiên cứu tập trung vào vật liệu nano, chi phí kinh doanh thấp, lực lượng lao động có chuyên môn cao và thị trường nội địa tiềm năng lớn của Trung Quốc sẽ khuyến khích những tập đoàn nước ngoài đang tìm kiếm cơ hội đầu tư phát triển vật liệu nano đầu tư nhiều hơn vào nước này. Số lượng các công ty đăng ký hoạt động trong lĩnh vực CNNN ở Trung Quốc bắt đầu tăng từ năm 2000 với tổng số vốn đăng ký vào khoảng 92 triệu USD. Năm 2003, số các công ty đăng ký hoạt động trong lĩnh vực này là 800 8 với tổng số vốn đăng ký là 1,2 tỷ USD. Tháng 6/2005, Chính phủ Trung Quốc tuyên bố sẽ tăng đầu tư của Chính phủ vào CNNN nhằm tăng cường sử dụng công nghệ này trong các ngành công nghiệp chế tạo và y học. Mặc dù không tiết lộ rõ ràng con số đầu tư, nhưng các quan chức Trung Quốc cho biết khoản đầu tư trong giai đoạn kế hoạch 5 năm tới (2006-2010) sẽ tăng gấp vài lần con số 25,36 triệu USD được Bộ Khoa học và Công nghệ Trung Quốc đầu tư giai đoạn 2001-2005. ấn Độ cũng bắt đầu hướng sự chú ý vào CNNN. Bộ Khoa học và Công nghệ nước này tuyên bố sẽ đầu tư 20 triệu USD trong giai đoạn 5 năm (2004-2009) cho Sáng kiến Công nghệ và Khoa học Vật liệu nano. Những nước châu á khác cũng đang tập trung những nỗ lực nghiên cứu CNNN vào những ngành công nghiệp mà họ có lợi thế so sánh. Theo ATIP, Hàn Quốc đang tập trung vào lĩnh vực điện tử nano với sự tham gia quan trọng của ngành công nghiệp. Theo Kế hoạch 10 năm về Thúc đẩy Công nghệ nano (2001-2010), Hàn Quốc cam kết sẽ tài trợ 1,3 tỷ USD cho R&D công nghệ nano, trong đó 66% là của Chính phủ và phần còn lại là của khu vực tư nhân. Đài Loan cũng chủ trương hướng tới lĩnh vực điện tử nano dựa trên thế mạnh của nền công nghiệp điện tử của hòn đảo này. Hội đồng Khoa học Quốc gia của Đài Loan, cơ quan điều hành tài trợ Chính phủ cho CNNN của Đài Loan, dự định xây dựng 3 công viên nghiên cứu công nghệ, trong đó 2 công viên sẽ tập trung vào nghiên cứu CNNN. Tại khu vực Đông Nam á, ngoài Singapo đặc biệt chú trọng tới CNNN sinh học dựa trên lợi thế về công nghệ sinh học của nước này, Thái Lan cũng đang ấp ủ dự thảo một kế hoạch chiến lược 10 năm để thúc đẩy R&D công nghệ nano với tham vọng trở thành nước dẫn đầu ASEAN về R&D công nghệ nano. Kế hoạch này nhằm thúc đẩy phát triển CNNN để hỗ trợ 7 ngành công nghiệp lớn của nước này gồm: lương thực và nông nghiệp, sản xuất ô tô và linh kiện ô tô, điện tử, xăng, hóa chất và dệt, năng lượng, môi trường và y tế. Mục tiêu của kế hoạch là sản xuất ra những sản phẩm dựa trên công nghệ nano trị giá 2,9 tỷ USD trong vòng 10 năm tới. 6 sản phẩm mục tiêu gồm: các thiết bị cảm biến, các linh kiện điện tử nano, các hệ thống cung cấp thuốc, các vật liệu vỏ bọc nano, các chất xúc tác nano và nano composit. Kế hoạch này cũng dự định sẽ tăng ngân sách R&D công nghệ nano lên 290 triệu USD trong 10 năm tới. Số lượng paten CNNN được đăng ký cũng phản ánh mức độ phát triển của KH-CN NN. Có thể coi paten là một đơn vị được sử dụng để đánh giá vai trò, mức độ nổi trội trong đổi mới công nghệ và thể hiện xu hướng tiến tới ứng dụng thương mại hoá. Theo số liệu của Văn phòng Thương hiệu và Paten Mỹ (USTPO), số lượng các paten liên quan tới CNNN đã tăng mạnh trong những năm qua. Năm 2003, hơn 8600 paten về CNNN đã được đăng ký, tăng khoảng 50% so với số lượng được đăng ký năm 2000. 5 nước có số lượng paten CNNN đăng ký cao nhất trong năm 2003 là Mỹ (5228), Nhật Bản (926), Đức (684), Canađa (244) và Pháp (183). Số lượng paten CNNN của những nước khác được USTPO công bố như Hà Lan, Hàn Quốc và Trung Quốc cũng tăng mạnh. 9 Sự phát triển của KH-CN NN còn được thể hiện qua các lĩnh vực nghiên cứu KH- CN NN của các nước. Tháng 6/2004, Quỹ Khoa học Quốc gia Mỹ (NSF) đã tiến hành điều tra về R&D CNNN ở 25 nước và EU. Các kết quả của cuộc điều tra đã cho thấy một số nước có những chương trình nghiên cứu rộng, ví dụ như Mỹ, trong khi đó một số nước khác lại chọn lựa đầu tư nghiên cứu có trọng điểm. Bảng 3 cho thấy những lĩnh vực chủ chốt của CNNN mà một số nước đang tập trung vào nghiên cứu. [...]... Vt liu nano Vt liu nano l vt liu trong ú cú ớt nht mt chiu cú kớch thc nm V trng thỏi ca vt liu, cỏc nh khoa hc phõn chia thnh ba trng thỏi, rn, lng, khớ Vt liu nano c tp trung nghiờn cu hin nay ch yu l vt liu rn, sau ú mi n cht lng v khớ V hỡnh dỏng vt liu, cỏc nh khoa hc phõn ra thnh cỏc loi sau: Cỏc vt liu nano mt chiu: mng mng, cỏc lp, cỏc b mt , Cỏc vt liu nano hai chiu:dõy nano, cỏc ng nano, ... hai chiu:dõy nano, cỏc ng nano, Cỏc vt liu nano ba chiu: cỏc ht nano, cỏc ht keo, cỏc chm lng t, cỏc vt liu dng tinh th nano, cỏc ỏm nano , Ngoi ra cũn cú vt liu cú cu trỳc nano hay nanocomposit trong ú ch cú mt phn ca vt liu cú kớch thc nano, hoc cu trỳc ca nú cú nano ba chiu, mt chiu, hai chiu an xen nhau Hai yu t chớnh to nờn cỏc tớnh cht ca vt liu nano, lm cho nú khỏc bit ln i vi cỏc vt liu... hc c thự 2.2 o lng c nano (Nanometrology) 2.2.1 Cỏc phng phỏp o trong o lng c nano Khoa hc v o lng kớch c nano c gi l Nanometrology ng dng ca nú l nn tng ca tt c cỏc KH-CN NN Kh nng o lng v mụ t vt liu (xỏc nh kớch thc, hỡnh dng v cỏc tớnh cht vt lý) kớch c nano rt quan trng vỡ cỏc vt liu v linh kin kớch c nano ngy cng c sn xut vi chớnh xỏc cao Hin nay, cú ba phng phỏp o c nano ch yu gm: - Phng... mt h tr, úng vai trũ quan trng trong tt c nhng ng dng ú 12 2.1.2 Vt liu nano hai chiu: cỏc ng nano, dõy nano Vt liu nano hai chiu vớ d nh cỏc ng v cỏc dõy nano ó to ra nhiu ớch li cho nhiu ngnh khoa hc nhng nm gn õy c bit, cỏc tớnh cht c hc v in hc mi l ca chỳng l i tng ca rt nhiu cụng trỡnh nghiờn cu - Cỏc ng nano cỏcbon Cỏc ng nano cỏcbon (CNT) ln u tiờn c nh vt lý ngi Nht Bn, Sumio Iijima, quan sỏt... hi nhng cỏch thc tng hp hon ton khỏc cỏc CNT Vic kt hp cỏc cu trỳc nano mt chiu cha cỏc polime sinh hc vi cỏc hp cht vụ c mang li rt nhiu c hi nghiờn cu cho cỏc nh khoa hc v cụng ngh (KH&CN) 2.1.3 Vt liu nano ba chiu - Cỏc ht nano Cỏc ht nano thng cú ng kớnh nh hn 100 nm gm hai loi: ht nano do t nhiờn to ra v ht nano nhõn to - Cỏc ht nano do t nhiờn to ra hin din rt nhiu trong mụi trng: kt qu ca hot... thc nano, thỡ din tớch giao din bờn trong vt liu tng lờn rt nhiu, iu ny cng lm tng cng ca nú Vớ d, niken tinh th nano cú cng bng thộp Hin nay cú rt nhiu vt liu nano mi ch ang giai on sn xut trong phũng thớ nghim, nhng mt s ớt ó bt u c thng mi húa Di õy l mt s dng vt liu nano v nhng tớnh cht ca chỳng ang c khoa hc nano tỡm hiu 2.1.1 Vt liu nano mt chiu: cỏc mng mng, cỏc lp v cỏc b mt Vt liu nano. .. xuống và từ d-ới lên (Whatmore 2001) 1mm Kớch thc K thut ch to T trờn xung 10m 1m Gia cụng chớnh Xỏc v siờu chớnh xỏc In litụ Chựm nng lng 100nm Sinh húa Cụng ngh nano 10nm Tng hp t trờn xung/t di lờn Vt liu nano Húa hc 1nm K thut ch to T di lờn 0,1nm 1940 1950 1960 1970 1980 Nm 1990 2000 2010 III Cỏc lnh vc ng dng v tim nng ca khoa hc-cụng ngh nano 3.1 Cỏc lnh vc ng dng ca khoa hc-cụng ngh nano KH-CN... nh khoa hc ang tin hnh nhng nghiờn cu b sung ht nano xeri ụxit vo nhiờn liu iờzen ci thin tớnh kinh t ca nhiờn liu bng cỏch gim s suy thoỏi tiờu th nng lng theo thi gian - Cỏc cht xỳc tỏc Núi chung, cỏc ht nano cú mt din tớch b mt rng, nh vy lm tng cng hot ng xỳc tỏc CNNN cú th sn xut ra nhng loi ht nano cú kớch c khỏc nhau v cu trỳc nn trờn ú cú cỏc ht nano Cỏc nh khoa hc cú th tng hp c cỏc ht nano. .. bng cụng on húa hc Núi cỏch khỏc, bn thõn s thay i pha cng cú th to ra ht nano (tuy him nhng vn cú th t c), mc dự thụng thng cỏc nh khoa hc to ra cỏc iu kin ch to ra ht nano, vớ d nh lm bay hi mt hn hp tin cht Khi ó trng thỏi cú th to ra ht nano, cỏc nh khoa hc thc hin mt loi phn ng húa hc no ú to ra vt liu mong mun Cỏc nh khoa hc cng cú th cn phi bin i pha hn na, hoc thm chớ phi to ra phn ng trng... KH-CN NN II s phỏt trin ca khoa hc-cụng ngh nano theo 5 lnh vc nghiờn cu chớnh Do KH-CN NN bao trựm lờn phm vi rng gm nhiu lnh vc (t húa hc, vt lý, sinh hc, ti k thut v in t ), nờn cú th phõn chỳng theo 5 lnh vc nghiờn cu chớnh gm: vt liu nano; h thng o lng c nano; KH-CN NN trong lnh vc in t, quang in t, cụng ngh thụng tin v truyn thụng (ICT); CNNN sinh hc, nano y hc; o lng c nano S phõn chia ny gúp phn . nghệ nano sinh học và nano y học 18 2.5. Kỹ thuật chế tạo nano 19 III. Các lĩnh vực ứng dụng và tiềm năng của khoa học-công nghệ nano 23 3.1. Các lĩnh vực ứng dụng của khoa học-công nghệ. niệm cơ bản về khoa học-công nghệ nano 3 1.2. Tình hình phát triển khoa học-công nghệ nano ở một số nước và khu vực trên thế giới 5 II. Sự phát triển của khoa học-công nghệ nano theo 5 lĩnh. Khoa học-công nghệ nano ứng dụng và tiềm năng 1 Mục lục Trang Lời giới thiệu 1 I. Khái quát về tình hình phát triển khoa học-công nghệ nano