Chuyên đề vật liệu điện đề tài nghiên cứu vật liệu nano

Giới thiệu vật liệu nano Biểu tượng của IBM được Don Eigler tạo ra bằng công nghệ nano vào năm 1990... • Phương pháp hóa ướt wet chemical• Phương pháp cơ học mechanical • Phương pháp bố

Đại học Bách khoa Hà Nội

Viện Điện

Chuyên đề Vật liệu điện

Đề tài: Nghiên cứu vật liệu nano

Giáo viên hướng dẫn: TS Đinh Quốc Trí Sinh viên thực hiện: nhóm 2

I Giới thiệu vật liệu nano

II Một số cách chế tạo vật liệu nano

III Một số ứng dụng của vật liệu nano

IV Tương lai của vật liệu nano

Giới thiệu

I Giới thiệu vật liệu nano

 Vật liệu nano là loại vật liệu có kích thước cỡ

nanômét

 Đây là đối tượng nghiên cứu của khoa học

nano và 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?"

I Giới thiệu vật liệu nano

 Mười năm sau, sinh viên Eric Drexler

nghĩ ra thuật ngữ Nanotechnologie

 Năm 1985, 2 nhà nghiên cứu Gerd

Bining (Đức) và Heinric Rohrer (Thuỵ Sỹ) tạo ra kính hiển vi, có khả năng nhìn những vật chỉ nhỏ bằng 1/25 kích thước phân tử

Một năm sau, họ đoạt giải Nobel

I Giới thiệu vật liệu nano

I Giới thiệu vật liệu nano

 Biểu tượng của IBM được Don Eigler tạo ra

bằng công nghệ nano vào năm 1990

• Phương pháp hóa ướt (wet chemical)

• Phương pháp cơ học (mechanical)

• Phương pháp bốc bay

• Phương pháp hình thành từ pha khí (gas-phase)

Các vật liệu nano

có thể thu

được bằng bốn phương pháp phổ

biến:

II Một số cách chế tạo

vật liệu nano

 Phương pháp hóa ướt (wet chemical)

II Một số cách chế tạo

vật liệu nano

 Phương pháp hoá ướt (wet chemical)

• Bao gồm các phương pháp chế tạo vật liệu

dùng trong hóa keo (colloidal chemistry), phương pháp thủy nhiệt, sol-gel, và kết tủa

• Ưu điểm của phương pháp hóa ướt là các vật

liệu có thể chế tạo được rất đa dạng, rẻ tiền

• Nhược điểm là các hợp chất có liên kết với

phân tử nước có thể là một khó khăn, hiệu suất thấp

II Một số cách chế tạo

Vật liệu nano

nghiền đến kích thước nhỏ hơn

• Ngày nay, các máy nghiền

thường dùng là máy nghiền

kiểu hành tinh hay máy nghiền

quay

• Phương pháp cơ học có ưu điểm là đơn giản,

dụng cụ chế tạo không đắt tiền và có thể chế tạo với một lượng lớn vật liệu

• Nhược điểm là các hạt bị kết tụ với nhau,

phân bố kích thước hạt không đồng nhất, dễ

bị nhiễm bẩn từ các dụng cụ chế tạo và thường khó có thể đạt được hạt có kích thước nhỏ

II Một số cách chế tạo

Vật liệu nano

 Phương pháp bốc bay

II Một số cách chế tạo

Vật liệu nano

Phương pháp bốc bay

• Gồm các phương pháp quang khắc

(lithography), bốc bay trong chân không (vacuum deposition) vật lí, hóa học

• Các phương pháp này áp dụng hiệu quả để

chế tạo màng mỏng hoặc lớp bao phủ bề mặt tuy vậy người ta cũng có thể dùng nó để chế tạo hạt nano bằng cách cạo vật liệu từ

đế

• Tuy nhiên phương pháp này không hiệu quả

lắm để có thể chế tạo ở quy mô thương mại

II Một số cách chế tạo

Vật liệu nano

 Phương pháp hình thành từ pha khí

(gas-phase)

II Một số cách chế tạo

Vật liệu nano

 Phương pháp hình thành từ pha khí

(gas-phase)

• Gồm các phương pháp nhiệt phân (flame

pyrolysis), nổ điện (electro-explosion), đốt laser (laser ablation), bốc bay nhiệt độ cao, plasma

• Nguyên tắc của các phương pháp này là hình

thành vật liệu nano từ pha khí

 Chế tạo nano carbon từ bã cà phê, bã mía ở

Việt Nam

II Một số cách chế tạo

Vật liệu nano

 Tại TP.HCM, TS. Nguyễn Chánh Khê dùng bã

cà phê, bã mía bỏ đi để làm nguyên liệu chế tạo ống nano carbon

 Chế tạo thành công ống nano với giá rẻ hơn

50% so với thế giới

 Phương pháp của ông là sử dụng nguyên liệu

rắn để chế tạo, tuy tốc độ phản ứng chậm hơn nhưng cho ra sản phẩm đồng đều và ít thành phần pha tạp hơn

II Một số cách chế tạo

Vật liệu nano

 Theo TS Khê, nhóm nghiên cứu của ông có

thể ghép các ống than nano có đường kính lớn lại với nhau từ trong quy trình tổng hợp

để làm thành những màng lọc nano dùng để lọc máu hoặc lọc nước sinh học

II Một số cách chế tạo

Vật liệu nano

 Các cấu trúc nano có tiềm năng ứng dụng

làm thành phần chủ chốt trong những dụng

cụ thông tin kỹ thuật có những chức năng

mà truớc kia chưa có

 Nhờ vào kích thuớc nhỏ, những cấu trúc

nano có thể đóng gói chặt lại và do đó làm tăng tỉ trọng gói (packing density)

III Một số ứng dụng

 Ống nano carbon có thể sinh

dòng điện lớn

• Các nhà khoa học thuộc Học

Massachusetts (MIT) vừa phát

hiện phương thức phát điện

mới: lợi dụng ống nano

carbon để tạo ra dòng điện,

có thể áp dụng cho những

thiết bị siêu nhỏ

• Nhiệt lượng sinh ra trong quá trình trên

truyền đi với tốc độ rất nhanh, hình thành dòng sóng nhiệt đưa điện tử chuyển động, tạo ra dòng điện lớn

• Vật liệu tổ chức ở cấp độ nano có thể phát

điện khi được kích thích bởi nhiệt độ hé mở nguồn năng lượng mới

• Điện năng tạo ra từ ống nano carbon bằng

100 lần so với điện năng của pin Lithium-ion

III Một số ứng dụng

• Hiện tại, Viện Nghiên cứu Khoa học Vật liệu

(Hà Nội) đã chế tạo thành và chào bán vật liệu nano (nano carbon tube - NCT), giá bán chỉ bằng 50%  so giá của nước ngoài

• Còn Khu công nghệ cao TP.HCM cũng dự kiến

sản xuất 2,4 tấn NCT trong năm nay

III Một số ứng dụng

 Tính năng diệt khuẩn

III Một số ứng dụng

• Ứng dụng trong đời sống – khẩu trang nano

bạc diệt khuẩn

• Bề mặt phủ lớp màng mỏng Nano TiO2 có

khả năng diệt khuẩn và chống rêu mốc được ứng dụng trong các hợp chất phủ trên bề mặt vật liêu như sơn tự làm sạch,thiết bị làm sạch không khí và khử mùi…

III Một số ứng dụng

 Bề mặt ưa nước

• Ứng dụng trong sản xuất các

loại kính,gương chống mờ

(VD :kính ôtô,cửa kính….)

 Vật liệu xốp nano

III Một số ứng dụng

Loại vật liệu có diện tích của một sân bóng đá với thể tích chỉ bằng trái bóng bàn!!!

 Tính chất đặc biệt này của vật liệu nano làm

cho chúng phù hợp một cách tuyệt đối với những yêu cầu của thế giới cảm biến

 Sử dụng vật liệu nano để gắn chúng lên

những cảm biến hiện nay sẽ làm tăng độ nhạy, độ chọn lọc và tốc độ đáp ứng của thiết bị

 Thêm vào đó, diện tích bề mặt khổng lồ/thể

tích nhỏ làm thuận lợi cho việc giảm kích

III Một số ứng dụng

 Hạt nano chữa bệnh

• Cơ thể sống được cấu tạo từ

các tế bào kích thước điển

hình là 10 micromet.

• Kích thước nhỏ giúp các hạt

nano có lợi thế để di chuyển

trong cơ thể, dọc theo mạch

máu đến bộ phận bị bệnh

và bơm thuốc.

 Ngành công nghệ nano hiện nay đang được

nhiều chính phủ của các nước quan tâm

 Đối với Việt Nam, trong nỗ lực đi tắt đón đầu,

vào tháng 8/2006 tại Cần Thơ đã tổ chức Hội thảo khoa học toàn quốc về ứng dụng công nghệ NANO, với sự đăng đàn của nhiều nhà khoa học thế giới

IV Tương lai của vật liệu

nano

 Nhật Bản đã tạo ra được các phân tử Carbon mảnh hơn

sợi tóc tới 100.000 lần, được ứng dụng trong kỹ thuật hàng không và dò tìm đáy biển.

 Các hãng di động lớn Nokia, Motorola, Sony đang

nghiên cứu loại pin sử dụng ống nano siêu bền, chịu nước, chịu nhiệt độ cao.

 Kỹ thuật NANO là cả một quy trình phức tạp, đòi hỏi

nhiều bài toán và lời giải liên hoàn Chẳng hạn, khi CNRS (Trung tâm nghiên cứu khoa học quốc gia Pháp) tuyên bố tạo ra một loại ống NANO chắc và dai hơn thép 150 lần, thì vấn đề sau đó là làm sao xoắn hay thắt nút nó! Và phải hơn 2 năm sau CNRS mới giải được bài toán này, vì nếu không làm được thì tính ứng dụng của ống này là số không.

IV Tương lai của vật liệu

nano

 Nhu cầu phát triển của công nghệ nói chung

và của công nghệ NANO nói riêng luôn đặt cho các nhà khoa học nhiều vấn đề mới, mang tính tổng hợp, liên ngành

 Một sản phẩm công nghệ chỉ được coi là

thành công hay có nhiều hứa hẹn nếu nó phát triển được trên nền tảng phát triển của chính nó: Được sử dụng rộng rãi, đem lại hiệu quả kinh tế để có thể "lấy ngắn nuôi dài", thúc đẩy trở lại sự phát triển sản xuất, đưa trình độ công nghệ của chính nó lên một tầm cao mới

KẾT THÚC

Cám ơn các bạn đã theo dõi

KẾT THÚC