bài tiểu luận đề tài vật liệu nano bước đối ngoạn mục và ứng dụng trong kỹ thuật hiện nay

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ KHOA VẬT LÝ-ENIVL BÀI TIỂU LUẬN Đề tài: VẬT LIỆU NANO-BƯỚC ĐỔI NGOẠN MỤC VÀ ỨNG DỤNG TRONG KỸ THUẬT HIỆN NAY Giáo viên hướng dẫn: Hồ Nhật Phong Sinh viên thực : Lê Xuân Dũng Lớp : Val de Loire K4 Huế 6/2013 I ĐẶT VẤN ĐỀ Khái quát chung lĩnh vực nghiên cứu Vài năm gần đây, công nghệ nano đề cập thường xuyên phương tiện truyền thông đại chúng, đem lại hứa hẹn tiềm phát triển nhân loại Ngành công nghệ mang tới cho người nguồn tri thức vô phong phú, cho đời nhiều sản phẩm quan trọng với chất lượng tốt hơn, giá thành rẻ trước nhiều lần dược phẩm, mỹ phẩm, hóa chất, tơ sợi, chip vi tính, hình, máy bán dẫn, dụng cụ y tế,… Hiện nay, nhiều nước giới tăng tốc chạy đua phát triển ứng dụng công nghệ nano Ắt hẳn chúng ta, nghe đến từ nano, hiểu khoa học-công nghệ nano ngành khoa học cơng nghệ nghiên cứu đặc tính vật liệu cực nhỏ, để thao tác ghép chồng vật lại, tạo vật thể lớn Người ta gọi phương pháp “từ lên”, xây dựng từ vật nhỏ đến vật to to Công nghệ nano công nghệ xử lý vật chất mức nanomet, liên quan đến chế tạo vật liệu, chế tạo linh kiện, điều khiển, làm giảm kích thước linh kiện nhằm tăng độ xác linh kiện, tính đa sản phẩm Chữ nano tiếng Hy Lạp đứng trước đơn vị đo chuyên tạo đơn vị ước giảm tỉ lần Cịn tiếng La-tinh có nghĩa nhỏ bé Hiện nay, bảo tàng Anh lưu giữ cổ vật có giá trị “chiếc cốc Lycurgue” Trong cốc có nhiều hạt vàng bạc vơ nhỏ pha chế thủy tinh Khi chiếu ánh sáng vào, màu sắc liền thay đổi, chuyển từ đỏ thẩm sang vàng óng Từ kết đó, khẳng định cơng nghệ nano người cổ đại khám phá từ lâu Năm 1959, giáo sư vật lý người Mỹ Richard Feynman thuộc Viện Kỹ thuật Massatchusets đề thuyết táo bạo: “Thay phân chia vật chất, không từ vô nhỏ?” Với tiềm phát triển lớn, công nghệ nano hứa hẹn bước đổi ngoạn mục, làm thay đổi mặt xã hội Với tính vượt trội, sản phẩm ứng dụng cộng nghệ nano mang lại nhiều điều kì diệu cho sống người Một ví dụ đơn giản, người ta nhồi 27 từ điển bách khoa tồn thư vào thiết bị có kích thước sợi tóc Đặc biệt, người ta cịn chết tạo robot mà mắt thường nhìn thấy để chữa bệnh cho người Phạm vi đề tài: Trong đề tài giới thiệu cho bạn vấn đề liên quan đến vật liệu nano:  Giới thiệu vật liệu nano (đặc điểm, tính chất)  Phương pháp chế tạo  Ứng dụng thực tế kĩ thuật Trong khuôn khổ nghiên cứu tài liệu Internet, sách vở, tạp chí, tham khảo ý kiến thầy giáo lĩnh vực vật liệu nano Mục đích: Qua số giới thiệu phủ nhận phớt lờ đặc tính kì diệu vật liệu nano mang lại Vậy “tại chúng ta-những người thời đại mới-thời đại khoa học cơng nghệ, khơng tìm hiểu loại vật liệu nhỏ có võ-vật liệu nano?” Tơi cịn cho dây là: “VUA CỦA MỌI LOẠI VẬT LIỆU” Đây lý tơi chọn đề nhằm giới thiệu cho bạn cách tổng quan vật liệu nano, tạo hứng thú học tập nghiên cứu loại vật liệu Trong trình nghiên cứu soạn thảo hẳn không tránh khỏi sai sót, mong q bạn đọc thơng cảm góp ý II TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Vai trị vị trí đề tài Nano loại vật liệu vô quan trọng có nhiều lợi ích, học tập nghiên cứu loại vật liệu cần thiết nói lĩnh vực có tầm cỡ quốc gia, nâng tầm quốc tế Các quốc gia Mỹ, nước Tây Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc,… coi công nghệ nano lĩnh vực ưu tiên hàng đầu Đến giờ, khoa học công nghệ nano phát triển rộng lớn So với loại vật liệu truyền thống khác nano loại vật liệu mới, lại quan tâm, trọng phát triển, quốc gia đầu tư hàng tỉ đô la cho nghiên cứu phát triển loại vật liệu Như thấy nano đóng vai trị lớn lao có vị trí đặc biệt quốc gia nói riêng tồn giới nói chung Hiện nay, số sản phẩm ứng dụng kỹ thuật nano tiêu thụ toàn cầu lên tới 600 loại, có sản phẩm mà người sử dụng ngày Đó ống nano carbon (rắn gấp 100 lần, song nhẹ lần so với thép) vợt tennis, khung xe đạp, sơn tường, kem chống nắng, máy nghe nhạc ipod, sơn ôtô ống thông y học,… Chỉ riêng năm 2008, doanh thu sản phẩm cơng nghệ nano tồn giới lên tới 166,6 tỉ USD Điều cho thấy, thị trường nano tăng trưởng với tốc độ nhanh dường sống với người, trở nên thành phần thiếu Tình hình nghiên cứu chung từ trước đến Hiện nay, nhiều nước giới dốc sức nghiên cứu công nghệ nano, nhiều đường mục đích khác Theo thống kê, Mỹ chi 3,7 tỉ USD cho việc phát triển công nghệ nano, Nhật Bản chi tỉ USD, cộng đồng châu Âu chi khoảng 2,7 tỉ USD tăng lên 7,5 tỉ khoảng thời gian từ 2007 đến 2013 Mỹ-“đầu tàu” nghiên cứu công nghệ nano, quốc gia có vị trí độc tơn lĩnh vực công nghệ thông tin, công nghệ sinh học, lẽ tất nhiên, Mỹ không ngần ngại thể tham vọng giữ vai trò thủ lĩnh, đồng thời khẳng định vị trí đua riết công nghệ nano Năm 2003, Mỹ chi 710 triệu USD để nâng cấp nghiên cứu công nghệ Một số nhà khoa học Mỹ lạc quan cho rằng, đến trước 2020 đường lại trái đất ssao hỏa hình thành, với trạm dừng mặt trăng, đặc biệt thời gian lại Do đó, muốn thực điều này, cần phải sản xuất vật chất nano có khả xây dựng trạm hành lang Tuy nhiên với quân mục tiêu số 1, nghiên cứu sản xuất loại vải đặc biệt, giúp binh đồn hóa học khỏi độc đối phương Liên minh châu Âu-đối thủ số Mỹ, sau Mỹ, số nước châu Âu tích cực nghiên cứu đề nhiều chương trình hợp tác chiến lược, xây dựng mạng lưới thông tin để chia tài nguyên kinh nghiệm việc khai thác ứng dụng công nghệ nano Mặc dù chưa có bước tiến rõ rệt đường đua công nghệ nano liên minh châu Âu đối thủ tầm cỡ Mỹ lĩnh vực Châu Á với chinh phục nano: sức hút công nghệ nano lôi kéo nhiều nước châu Á, bao gồm: Nhật Bản, Trung Quốc, Ấn Độ, Hàn Quốc Israel vào Tại đất nước mặt trời mọc, chuyên gia quan tâm đến dự án đầu tư phục vụ cho nhu cầu xã hội Tuy nhiên, Chính phủ nước vạch chiến lược phát triển công nghệ nano, với góp mặt nhiều ngành khác Năm 2003, Nhật đầu tư 1,6 tỉ USD dẫn đầu giới số vốn đầu tư Tiếp đến Trung Quốc-một kinh tế nổi, không bỏ qua hội phát triển dựa tiềm ngành công nghệ nano Thời gian qua, Trung Quốc thành lập trung tâm nghiên cứu quốc gia, chương trình đào tạo có hệ thống Tuy số vốn đầu tư Mỹ số lượng nhà nghiên cứu lại gấp đôi Mỹ Hàn Quốc quốc gia có nhiều thành cơng việc ứng dụng cơng nghên nano vào lĩnh vực đời sống xã hội Một thành cơng ứng dụng cơng nghệ nano vào sản phẩm tiêu dùng Các tập đoàn công nghệ Hàn Quốc tập đồn cơng nghệ nước ngồi tiên phong việc truyền bá tư tưởng công nghệ nano vào thị trường Việt Nam Với sản phẩm điều hòa, tủ lạnh, sản phẩm cho trẻ em… ứng dụng công nghệ nano Ngồi ra, quốc gia khác phải nói đến Isreal Mặc dù chịu nhiều sức ép trị quân sự, quốc gia trọng nghiên cứu công nghệ nano Vấn đề quan trọng quốc gia giải vấn đề cấp thiết đất nước nước lượng Nếu quốc gia Mỹ, liên minh châu Âu, Nhật Bản, Trung Quốc có tham vọng làm chủ cơng nghệ nano, Israel lại lợi dụng cơng nghệ nano để giải vấn đề sinh tồn đất nước Đối với Việt Nam, tháng 7-1997 giáo sư Nguyễn Văn Hiệu kêu gọi nhà vật lý Việt Nam cần phải vào lĩnh vực khoa học giới năm sau bắt đầu có nhà vật lý hàng đầu Việt Nam nghiên cứu vật lý nano Tuy nhiên, vật lý nano ứng dụng trực tiếp cho thiết bị cơng nghệ cao, nên nước chưa có nhà máy sản xuất thiết bị chưa ứng dụng vào đâu Do thời gian đầu, công nghệ nano chưa ý Đến năm 2005, thành lập đại học công nghệ Hà Nội, ban lãnh đạo Đại học Quốc gia Hà Nội định thành lập Khoa vật lý kĩ thuật cơng nghệ nano Bởi lập Khoa cơng nghệ nano sinh viên trường chưa có việc làm nên cơng nghệ nano phải đồng hành với kĩ thuật Hiện nay, khoa phát triển tốt, có phịng thí nghiệm, dù thành lập sau trình độ, đại khu vực Hà Nội, nói nước Ở nước ta, nói nano lĩnh vực vật lý tiên phong, mở rộng lĩnh vực khác hóa học nano, cơng nghệ sinh học nano, y học nano… Ta ứng dụng rộng rãi hạt nano bạc để diệt khuẩn, chữa bỏng, chữa vết thương, khử trùng Ngành y tế sử dụng công nghệ nano để vô trùng, cần quét lớp sơn nano bạc, vi khuẩn chạm vào chết hết, điều dễ dàng nhiều so với công việc truyền thống phải lau chùi dùng foormon Như vậy, nhà khoa học nước có nghiên cứu biết trọng đến lĩnh vực quan trọng này, để không bị lạc hậu, không bị tách xa nước phát triển Tính thực tiễn cấp thiết đề tài Với đặc tính mà khơng vật liệu có được, vật liệu nano chiếm ưu lòng tin người Trong tất lĩnh vực, có ứng dụng cơng nghệ nano, khơng nhiều Khơng nói đến lĩnh vực cao siêu nhà khoa học, sống hàng ngày chúng ta, dường nano làm cho sống thêm đẹp hơn, thoải mái dễ dàng Một ví dụ đơn giản: đất nước ta có 80 triệu dân, tất chuyện băng gạc, sát trùng cải tiến nhẹ nhàng Bị thương, bị bỏng, cần mua băng gạc dán vào, khơng cần thuốc thang cả, tự khỏi Cái hay, thiết thực Ta có thị trường nước, tiêu thụ nhiều Nếu bỏ USD mua gạc, tốn bao nhiêu, chưa nói đến việc làm sản phẩm cịn tạo cơng ăn III việc làm, nâng cao trình độ nghiên cứu khoa học công nghệ nước Như vật liệu nano thật thiết thực, thực tiễn gì? Thêm ví dụ là: với thuốc trừ sâu, làm phát dư lượng sản phẩm nơng nghiệp, thuốc tăng trọng, người ăn vào bị bèo phì Cái cơng nghệ nano cho phép làm Như chả phải cơng nghệ nano q kì diệu hay sao? Khi nhắc đến nano, hẳn nghĩ đến cao siêu, thực chúng gần gũi với Một diều không ngờ đến là: “công nghệ nano phục vụ cho người nghèo” Việc ứng dụng công nghệ nano đem lại lợi ích cho người dân nghèo chẩn đoán điều trị bệnh, làm nước, khử muối, sản xuất lượng bền vững Công nghệ nano tác động tốt đến an ninh lương thực, tăng sản lượng hoa màu, giúp thực phẩm bảo quản lâu hơn… Ở nước, nơi mà tình trạng thiếu vệ sinh nước nguyên nhân gây dịch bệnh chết người, công nghệ nano tìm vài giải pháp Hiện nay, có số cách lọc nước loại bỏ hữu hiệu tạp chất, dễ sử dụng sản xuất chổ Những cách lọc nước hữu hiệu rẽ bổ sung màng hay phân tử nano NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Khái niệm chung đặc điểm Vật liệu nano gì? Vật liệu nano vật liệu có chiều kích thước Nanomet Nó đối tượng nghiên cứu khoa học công nghệ nano Khi người ta nói đến nano, tức nói đến phần tỉ Ví dụ, nano giây tức 1/1.000.000.000 giây Mục đích cơng nghệ nano: Mục đích cơng nghệ nano xây dựng cấu trúc nhỏ bé từ ngun liệu bảng tuần hồn hóa học chế tạo vật liệu, ngun liệu với đặc tính Cơng nghệ nano tìm cách lấy phân tử đơn nguyên tử nhỏ để lắp ráp vật to kích cỡ bình thường để sử dụng, cách làm từ nhỏ đến lớn khác với cách làm thông thường từ xuống dưới, từ to đến nhỏ Công nghệ nano mở kỷ nguyên lĩnh vực khoa học kỹ thuật, đặc tính ngun liệu hồn toàn thay đổi dùng nano để xử lý Với phát triển nay, nhà khoa học cho rằng, tương lai không xa, người chế tạo máy nano thơng minh có khả mô thiên nhiên, lắp ghép nguyên tử, phân tử lập trình để chúng thực theo chức cần thiết, tạo thứ có ích tiêu diệt chất có hại Phân loại vật liệu nano: Về trạng thái vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái, rắn, lỏng khí Vật liệu nano tập trung nghiên cứu nay, chủ yếu vật liệu rắn, sau đến chất lỏng khí Về hình dáng vật liệu, người ta phân thành loại sau:  Vật liệu nano khơng chiều (cả ba chiều có kích thước nano), ví dụ, đám nano, hạt nano  Vật liệu nano chiều vật liệu chiều có kích thước nano, ví dụ, dây nano, ống nano,  Vật liệu nano hai chiều vật liệu hai chiều có kích thước nano, ví dụ, màng mỏng, Ngồi cịn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite có phần vật liệu có kích thước nm, cấu trúc có nano khơng chiều, chiều, hai chiều đan xen lẫn Cấu tạo tính chất Cấu tạo tính chất vật liệu nano bắt nguồn từ sở khoa học Có ba sở khoa học để nghiên cứu cơng nghệ nano  Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử Đối với vật liệu vĩ mô gồm nhiều nguyên tử, hiệu ứng lượng tử trung bình hóa với nhiều nguyên tử (1 μm3m3 có khoảng 1012 nguyên tử) bỏ qua thăng giáng ngẫu nhiên Nhưng cấu trúc nano có ngun tử tính chất lượng tử thể rõ ràng Ví dụ chấm lượng tử coi đại nguyên tử, có mức lượng giống nguyên tử  Hiệu ứng bề mặt Khi vật liệu có kích thước nm, số nguyên tử nằm bề mặt chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử Chính hiệu ứng có liên quan đến bề mặt, gọi tắt hiệu ứng bề mặt trở nên quan trọng làm cho tính chất vật liệu có kích thước nanomet khác biệt so với vật liệu dạng khối  Kích thước tới hạn Các tính chất vật lý, hóa Các tính chất vật lý, hóa học vật liệu có giới hạn kích thước Nếu vật liệu mà nhỏ kích thước tính chất hồn tồn bị thay đổi Người ta gọi kích thước tới hạn Vật liệu nano có tính chất đặc biệt kích thước so sánh với kích thước tới hạn tính chất vật liệu Ví dụ: điện trở kim loại tn theo định luật Ohm kích thước vĩ mơ mà ta thấy hàng ngày Nếu ta giảm kích thước vật liệu xuống nhỏ quãng đường tự trung bình điện tử kim loại, mà thường có giá trị từ vài đến vài trăm nm, định luật Ohm khơng cịn Lúc điện trở vật có kích thước nano tn theo quy tắc lượng tử Không phải vật liệu có kích thước nano có tính chất khác biệt mà phụ thuộc vào tính chất mà nghiên cứu Các tính chất khác tính chất điện, tính chất từ, tính chất quang tính chất hóa học khác có độ dài tới hạn khoảng nm Phương pháp chế tạo vật liệu nano Vật liệu nano chế tạo hai phương pháp: phương pháp từ xuống phương pháp từ lên Phương pháp từ xuống phương pháp tạo hạt kích thước nano từ hạt có kích thước lớn hơn; phương pháp từ lên phương pháp hình thành hạt nano từ nguyên tử Phương pháp từ xuống Nguyên lý: dùng kỹ thuật nghiền biến dạng để biến vật liệu có kích thước lớn kích thước nano Đây phương pháp đơn giản, rẻ tiền hiệu quả, chế tạo lượng lớn vật liệu tính đồng vật liệu khơng cao Trong phương pháp nghiền, vật liệu dạng bột trộn lẫn với viên bi làm từ vật liệu cứng đặt cối Máy nghiền nghiền lắc, nghiền rung nghiền quay (còn gọi nghiền kiểu hành tinh) Các viên bi cứng va chạm vào phá vỡ bột đến kích thước nano Kết thu vật liệu nano không chiều (các hạt nano) Phương pháp biến dạng đùn thủy lực, tuốt, cán, ép Nhiệt độ điều chỉnh tùy thuộc vào trường hợp cụ thể Nếu nhiệt độ lớn nhiệt độ phịng gọi biến dạng nóng, cịn nhiệt độ nhỏ nhiệt độ phịng gọi biến dạng nguội Kết thu vật liệu nano chiều (dây nano) hai chiều (lớp có chiều dày nm) Ngồi ra, người ta thường dùng phương pháp quang khắc để tạo cấu trúc nano phức tạp Phương pháp từ lên Nguyên lý: hình thành vật liệu nano từ nguyên tử ion Phương pháp từ lên phát triển mạnh mẽ tính linh động chất lượng sản phẩm cuối Phần lớn vật liệu nano mà dùng chế tạo từ phương pháp Phương pháp từ lên phương pháp vật lý, hóa học kết hợp hai phương pháp hóa-lý Phương pháp vật lý: phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử chuyển pha Nguyên tử để hình thành vật liệu nano tạo từ phương pháp vật lý: bốc bay nhiệt (đốt, phún xạ, phóng điện hồ quang) Phương pháp chuyển pha: vật liệu nung nóng cho nguội với tốc độ nhanh để thu trạng thái vơ định hình, xử lý nhiệt để xảy chuyển pha vơ định hình - tinh thể (kết tinh) (phương pháp nguội nhanh) Phương pháp vật lý thường dùng để tạo hạt nano, màng nano, ví dụ: ổ cứng máy tính Phương pháp hóa học: phương pháp tạo vật liệu nano từ ion Phương pháp hóa học có đặc điểm đa dạng tùy thuộc vào vật liệu cụ thể mà người ta phải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp Tuy nhiên, phân loại phương pháp hóa học thành hai loại: hình thành vật liệu nano từ pha lỏng (phương pháp kết tủa, sol-gel, ) từ pha khí (nhiệt phân, ) Phương pháp tạo hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano, Phương pháp kết hợp: phương pháp tạo vật liệu nano dựa nguyên tắc vật lý hóa học như: điện phân, ngưng tụ từ pha khí, Phương pháp tạo hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano, Ta chia phương pháp chế tạo vật liệu nano theo cách khác sau đây: Các vật liệu nano thu bốn phương pháp phổ biến, phương pháp có điểm mạnh điểm yếu, số phương pháp áp dụng với số vật liệu định mà  Phương pháp hóa ướt (wet chemical) Bao gồm phương pháp chế tạo vật liệu dùng hóa keo (colloidal chemistry), phương pháp thủy nhiệt, sol-gel, kết tủa Theo phương pháp này, dung dịch chứa ion khác trộn với theo tỷ phần thích hợp, tác động nhiệt độ, áp suất mà vật liệu nano kết tủa từ dung dịch Sau q trình lọc, sấy khơ, ta thu vật liệu nano Ưu điểm phương pháp hóa ướt vật liệu chế tạo đa dạng, chúng vật liệu vơ cơ, hữu cơ, kim loại Đặc điểm phương pháp rẻ tiền chế tạo khối lượng lớn vật liệu Nhưng có nhược điểm hợp chất có liên kết với phân tử nước khó khăn, phương pháp sol-gel khơng có hiệu suất cao  Phương pháp học (mechanical) Bao gồm phương pháp tán, nghiền, hợp kim học Theo phương pháp này, vật liệu dạng bột nghiền đến kích thước nhỏ Ngày nay, máy nghiền thường dùng máy nghiền kiểu hành tinh hay máy nghiền quay Phương pháp học có ưu điểm đơn giản, dụng cụ chế tạo khơng đắt tiền chế tạo với lượng lớn vật liệu Tuy nhiên lại có nhược điểm hạt bị kết tụ với nhau, phân bố kích thước hạt khơng đồng nhất, dễ bị nhiễm bẩn từ dụng cụ chế tạo thường khó đạt hạt có kích thước nhỏ Phương pháp thường dùng để tạo vật liệu hữu kim loại  Phương pháp bốc bay Gồm phương pháp quang khắc (lithography), bốc bay chân khơng (vacuum deposition) vật lí, hóa học Các phương pháp áp dụng hiệu để chế tạo màng mỏng lớp bao phủ bề mặt người ta dùng để chế tạo hạt nano cách cạo vật liệu từ đế Tuy nhiên phương pháp không hiệu để chế tạo quy mơ thương mại  Phương pháp hình thành từ pha khí (gas-phase) Gồm phương pháp nhiệt phân (flame pyrolysis), nổ điện (electro-explosion), đốt laser (laser ablation), bốc bay nhiệt độ cao, plasma Nguyên tắc phương pháp hình thành vật liệu nano từ pha khí Nhiệt phân phương pháp có từ lâu, dùng để tạo vật liệu đơn giản carbon, silicon Phương pháp đốt laser tạo nhiều loại vật liệu lại giới hạn phịng thí nghiệm hiệu suất chúng thấp Phương pháp plasma chiều xoay chiều dùng để tạo nhiều vật liệu khác lại khơng thích hợp để tạo vật liệu hữu nhiệt độ đến 9000 C Phương pháp hình thành từ pha khí dùng chủ yếu để tạo lồng carbon (fullerene) ống carbon, nhiều công ty dùng phương pháp để chế tạo mang tính thương mại Lĩnh vực khả ứng dụng, triển khai đời sống hay kỹ thuật “Trợ thủ” đắc lực cho công nghiệp thực phẩm Thực phẩm mặt hàng đặc biệt, liên quan mật thiết đến đời sống người, việc ứng dụng cơng nghệ nano ngành cơng nghiệp cho an tồn trở thành vấn đè quốc gia đầu lĩnh vực công nghệ nano quan tâm Việc ứng dụng công nghệ nano thực phẩm bao gồm ứng dụng công nghệ nano trồng trọt, chăn ni, đóng gói, bao bì chứa thực phẩm, làm thực phẩm có hạt nano chứa chất dinh dưỡng quan trọng giới biết đến từ thập kỷ qua Trong năm từ 2003 đến 2010, thị trường nano thực phẩm giới tăng mạnh mẽ từ 2,6 tỉ USD năm 2003 lên tỉ USD năm 2006 khoảng 20,4 tỉ USD năm 2010 Hiện toàn giới có 200 cơng ty lớn chun nano thực phẩm, đứng đầu Mỹ, sau Nhật Trung Quốc Tại Việt Nam, 2011 coi năm cơng nghệ nano thực phẩm thương mại hóa rộng rãi từ trước tới Hội thảo Khoa học “Ứng dụng Công nghệ Nano sản xuất thực phẩm Việt Nam” tổ chức hồi cuối năm 2011 giới thiệu thành công nhà khoa học Việt Nam việc nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ Nano để tạo dịng sản phẩm thực phẩm có lợi có sức khỏe cộng đồng Điện tử khí: Máy tính bóng đèn nano Nhiều phịng thí nghiệm bắt tay vào nghiên cứu hệ máy tính nano, máy tính có chi tiết thiết kế việc xếp nguyên tử có khả lưu giữ ( chứa nhiều terabyte thông tin ), xử lý thông tin với tốc độ lớn nhiều lần đặc biệt giá thành rẻ Các ống nano làm sợi tóc thắp sáng bóng đèn, mà chúng phát triển để thay bóng điện, bảng hiển thị thơng tin, hình máy tính, điện thoại di động Các ống nano vững chắc, có sức mạnh gấp mười lần thép đặc biệt kháng nhiệt, điều giúp người sản xuất hàng loạt thiết bị cho ngành sản xuất xe hơi, máy bay tàu vũ trụ Trong y học: Robot nano vào thể để chữa bệnh Các nhà khoa học lĩnh vực nano hi vọng tạo hệ robot thu nhỏ mà chinh phục thách thức sống Robot nano dùng để chiến đấu chống virus, vi trùng Chúng đảm nhiệm nhà phẫu thuật hồn hảo, huy động để thực kiểm sốt hệ mao mạch tiêu diệt tế bào gây bệnh Lợi ích loại robot y học phát dị dạng tế bào sửa chữa Tuy nhiên, nhà khoa học dự tính người phải 25 năm triển khai ứng dụng Các nhà khoa học Mỹ chế tạo phịng thí nghiệm siêu nhỏ mà nằm gọn lịng bàn tay nhờ cơng nghệ nano Những phịng thí nghiệm cho kết phân tích bệnh tật, từ tiểu đường HIV Trong cơng nghệ dược phẩm hóa sinh, ứng dụng cơng nghệ nano, người ta bào chế nhiều loại thuốc sở cấu trúc nano để tập trung xác vào khu vực thể cần dùng đến thuốc Đặc biệt, cơng nghệ nano tương lai cịn cho phép tạo vật chất gần giống với thể người nhằm dùng thay thể bị hỏng người Năng lượng: Pin nano-năng lượng rẻ Nhờ công nghệ nano, loại pin có khả quang hợp nhân tạo giúp người sản xuất lượng Với công nghệ nano, người ta chế tạo thiết bị tiêu tốn lượng sử dụng loại vật liệu nhỏ nhẹ Hơn nữa, màng nano (với chi phí sản xuất thấp) hứa hẹn hấp thụ nhiều lượng mặt trời quang điện Việc khởi động cho cách mạng việc sử dụng lượng mặt trời IV Môi trường: Màng nano lọc nước thải Để giải vấn đề mơi sinh, người ta tạo màng lọc phân tử gây ô nhiễm nhỏ bé Công nghệ nano áp dụng phổ biến Pháp để lọc nước thải Những ứng dụng gần với đời sống thường ngày số công ty bắt tay vào sản xuất hạt nano dùng sơn, kính che nắng ống carbon dùng công nghiệp điện tử.Các ống carbon sử dụng nhiều mặt hàng thông dụng transitor, điện thoại di động, xe mặt hàng mỹ phẩm Quốc phòng: Quân đội nano Quốc phòng lĩnh vực ý đến nghiên cứu công nghệ nano.Giới quân Mỹ đặc biệt quan tâm đến công nghệ Điều dễ hiểu thiết bị kỹ thuật siêu nhỏ trở thành vũ khí nguy hiểm bom nguyên tử Với đội quân vơ hình nhân bản, robot siêu nhỏ tiêu diệt kẻ thù chớp nhoáng.Hiện nay, công nghệ nano thách thức chiến lược phát triển khoa học nhiều nước, đặc biệt nước có khoa học phát triển Mỹ, Đức, Pháp Nhật Bản Bước vào kỷ 21, quốc gia phát triển tăng ngân sách đáng kể cho phát triển công nghệ nano KẾT LUẬN Thực trạng ưu nhược điểm a Thực trạng ưu điểm Như trình bày ứng dụng vật liệu nano, thấy rằng, công nghệ nano vào hầu hết lĩnh vực, có tính chất tốt, tính chất mà tơi phải dùng từ ĐẸP, sâu vào sống chúng ta, nhiều người ưa chuộng Nó mang ưu điểm tốt nhiều so với loại vật liệu khác Tùy theo mục đích sản phẩm muốn chế tạo mà có tính chất phù hợp với sản phẩm Ví nhúng vào nước áo mưa tốt hai tháng sau bị ngấm nước Nhưng chất liệu chống nước nhà hóa học Thụy Sĩ trải qua hai tháng thử nghiệm nguyên vẹn ngấm nước ngày Một ví dụ thưc tế là: ông Martha Parks, chủ cửa hàng thời trang cao cấp Soho cho nữ giới, New York, nói: “Tơi người sung bái tuyệt đối loại vãi lụa, vãi lanh, vãi cotton, len cashmere, tơi cho tốt người có, điều khơng cịn nữa” Ơng cho rằng, chất liệu tổng hợp tạo nhiều lựa chọn cho kiểu dáng thiết kế chất liệu sợi truyền thống Hiện thời trang nano xu hướng thời thượng Như vậy, qua ví dụ ta thấy có nhiều ưu điểm, điều làm cho trở nên ý đáng để quan tâm đến b Nhược điểm Tranh cãi vi khuẩn nano Gần đây, nhà khoa học phát chứng vi khuẩn tí hon hay vi khuẩn nano, lại vi khuẩn thực tồn gây nhiều bệnh nan y cho người Song, giới khoa học nhiều tranh cãi việc liệu có tồn vi khuẩn nano? Một số chuyên gia cho rằng, vi khuẩn nano dạng sống mới, gây nhiều bệnh vơi hóa động mạch người cao tuổi Tuy nhiên, nhà nghiên cứu khác lại cho rằng, loại vi khuẩn nhỏ nên coi sinh vật sống Cuối cùng, sạu năm nghiên cứu, bác sĩ bệnh viện Mayo, Rochester đưa chứng thuyết phục tồn vi khuẩn nano Đặc biệt, nhóm nghiên cứu tìm thấy vi khuẩn nano có cấu trúc giống vi khuẩn động mạch van tim vôi hóa người Khắc tinh mơi trường? Một báo cáo tổ chức phi phủ ETC Canada rằng,công nghệ Nano công nghệ mạnh, có sức cơng phá lớn Cũng giống loại thuốc, có tác dụng phụ Công nghệ Nano tiềm ẩn số rủi ro, đặc biệt cho môi trường Một số vật chất sinh từ công nghệ Nano gây nhiễm mơi trường Sau tiếp xúc, hít phải vật chất Nano gây nhiễm này, sức đề kháng cùa người suy giảm, tạo hội cho bệnh tật phát triển Ví dụ, vật liệu Nano cerium oxit nâng cao hiệu xuất cháy dầu xăng dầu diesel, phát huy vai trò quan trọng giảm thải CO2, CO… Tuy nhiên, vật liệu mà thải vào khơng khí, gây nhiễm mơi trường Hoặc để xử lý chất thải xe hơi, nước ứng dụng nhiều vật liệu Nano kim loại, chất xúc tác bay lơ lửng khơng khí lắng xuống ao hồ, đất đai, gây ô nhiễm môi trường Theo thống kê,các chất gây nhiễm mơi trường có kích thước Nano sinh quy trình đốt cháy vật liệu chiếm tới 10% - 20% Mối nguy hiểm cộm công nghệ Nano ngày ứng dụng nhiều sống Tháng năm 2009, phủ anh cơng bố báo cáo nghiên cứu ảnh hưởng công nghệ vật liệu nano môi trường sức khỏe người Bản báo cáo đưa số kết luận:  Hạt nano Titan Dioxit gây hại cho môi trường Hạt tồn loại sơn sử dụng ngày rộng rãi Kết nghiên cứu độc tính cho thấy sau tiếp xúc với nano Titan Dioxxit, phổi người xuất triệu chứng viêm Hạt nano Titan Dioxit dễ hòa tan nước uống, nước sinh hoạt, gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe người  Hạt nano bạc gây hại cho môi trường Hạt ứng dụng rộng rãi công nghiệp Nghiên cứu cho thấy, tồn mơi trường gây tổn thương cho động vật thủy sinh không xương sống  Ống nano cacbon gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người Ống vật liệu cần thiết cơng nghiệp thí nghiệm Khi hít phải chúng, gây độc cho bắp, tế bào Bất lợi cho sức khỏe? Ưu điểm công nghệ nano đồng thời hạn chế Vật chất cấp độ nanomet có biến đổi lớn đặc tính hóa lý tính chất điện tử từ trường Các vật dụng nano có tỉ lệ nguyên tử bè mặt cao nhiều so với vật dụng thông thường Điều tạo nên đặc tính cho vật chất Tuy nhiên điều đáng sợ phân tử vượt qua hàng rào bảo vệ vốn xem lọt qua màng phế nang, mao mạch, chí màng thai để xâm nhập sâu vào thể Các phân tử nano độc hại khác cịn đột nhập qua đường hô hấp theo máu, phân tán khắp thể Nhiều nghiên cứu cho thấy, có phản ứng đặc biệt người tiếp xúc với phân tử nano Phản ứng mức độ tế bào mơ nguy hiểm họ hít, ăn bị phân tử nano xâm nhập qua da Khi vật liệu nano vào thể người,các đặc trưng hóa học, hoạt tính sinh học, thành phần hóa học sản sinh sau tác dụng với thể có khác biệt lớn so với vật chất thơng thường, điều ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe dẫn đến xuất bệnh Các giải pháp Để phát huy ưu điểm khắc phục nhược điểm vật liệu nano, cần có giải pháp hợp lý:  Song song với đội ngũ nhà khoa học chuyên nghiên cứu phát triển vật liệu nano, cần thành lập đội hình nhà khoa học chuyên nghiên cứu, tìm hiểu tác hại lên mơi trường, người tìm cách khắc phục Cần trọng đầu tư vào lĩnh vực nhiều để tạo phăt triển bền vững cho quốc gia  Phát triển tính chất quý khơng ngừng tìm tịi tính chất tốt mà chưa biết  Cần kết hợp nhiều vật liệu nano vào lĩnh vực mà chưa tham gia  Mỗi quốc gia phải có sách phát triển cơng nghệ nano, đừng để bị lạm dụng lợi dụng để mang danh tiếng vật liệu nano vào sản phẩm, thực chất lượng khơng tốt  Nghiên cứu sản xuất loại vật liệu nano mà nhược điểm làm hại mơi trường ảnh hưởng sức khỏe TÀI LIỆU THAM KHẢO Tạp chí Hồ sơ kiện, số 107, 2010 Wikipedia: http://vi.wikipedia.org/wiki/C%C3%B4ng_ngh%E1%BB %87_nano Các website khác: http://ddkhvl.net/topic/9771517/1/ http://www.khoahoc.com.vn/timkiem/c%C3%B4ng+ngh%E1%BB %87+nano/index.aspx http://tailieu.vn/xem-tai-lieu/tim-hieu-ve-vat-lieu-nano.480519.html http://www.baomoi.com/Vat-lieu-Nano-trong-cong-nghiep-dien-tunang-luong-va-moi-truong/53/6063645.epi http://www.scribd.com/doc/75228468/V%E1%BA%ADt-li%E1%BB %87u-Nano http://www.scribd.com/doc/118742705/Vat-Lieu-Nano-Ch0-2012 ... ví dụ, dây nano, ống nano,  Vật liệu nano hai chiều vật liệu hai chiều có kích thước nano, ví dụ, màng mỏng, Ngồi cịn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite có phần vật liệu có kích... dáng vật liệu, người ta phân thành loại sau:  Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều có kích thước nano) , ví dụ, đám nano, hạt nano  Vật liệu nano chiều vật liệu chiều có kích thước nano, ví... chung đặc điểm Vật liệu nano gì? Vật liệu nano vật liệu có chiều kích thước Nanomet Nó đối tượng nghiên cứu khoa học cơng nghệ nano Khi người ta nói đến nano, tức nói đến phần tỉ Ví dụ, nano giây