Tìm hiểu công nghệ nano và những ứng dụng

LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano ứng dụng PHẦN MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Chúng ta sống thời đại khoa học kỹ thuật phát triển nhanh chóng mạnh mẽ, ảnh hưởng sâu sắc đến hoạt động người xã hội Công nghệ nano đời mở nhiều khả cho người chủ động tác động vào tự nhiên Những lợi ích mà công nghệ nano mang lại có ý nghĩa đa dạng nhiều lĩnh vực sống Ví dụ công nghệ nano giúp chế tạo loại vật liệu có đặc tính ưu việt ứng dụng hiệu công nghệ nano y sinh học, điện tử Vì lợi ích to lớn mà công nghệ nano mang lại, việc tìm hiểu, thu thập thông tin ngành công nghệ quan trọng, làm tảng để tiếp tục nghiên cứu, phát triển ứng dụng công nghệ nano sống Do đó, mục tiêu mà đề tài đề nghiên cứu, thu thập, hệ thống hóa thông tin ngành công nghệ nano: từ thực trạng phát triển công nghệ nano đến sở khoa học Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập nghiên cứu công nghệ nano, phương pháp chế tạo vật liệu nano ứng dụng ngành công nghệ mũi nhọn Do hạn chế đề tài cấp sinh viên, hạn chế điều kiện để thực nghiên cứu thực nghiệm hạn chế thời gian nên đề tài dừng lại mức độ nghiên cứu lý thuyết Về sau có thêm hội điều kiện, chúng em nghiên cứu, phát triển đề tài sâu rộng CÁC GIẢ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong đề tài chúng em tiến hành nghiên cứu lịch sử hình thành, phát triển công nghệ nano tầm quan trọng nó, nghiên cứu khái niệm, phương pháp chế tạo, công cụ phương pháp nghiên cứu giới nano sở Vật lý vấn đề liên quan công nghệ Bên cạnh việc nghiên cứu sở lý thuyết, chúng em đưa ứng dụng công nghệ nano lĩnh vực đời sống xã hội viễn cảnh phát triển ngành tương lai Như nói, đề tài cung cấp nhìn khái quát công nghệ nano nên dùng làm tài liệu tham khảo cho độc giả có nhu cầu tìm hiểu ngành công nghệ mũi nhọn: công nghệ nano! GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Thủy SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano ứng dụng CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Do đặc điểm mục tiêu đề tài mà phương pháp nghiên cứu chủ yếu chúng em sử dụng phương pháp thu thập, chọn lọc hệ thống hoá thông tin thu được; phương tiện để nghiên cứu nguồn sách báo nước nguồn tài liệu Internet CÁC BƯỚC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI  Bước 1: Tìm hiểu sơ lược để có nhìn tổng quan đề tài từ định hướng hướng nghiên cứu đề tài  Bước 2: Thu thập, chọn lọc, hệ thống hoá thông tin lập đề cương cho đề tài  Bước 3: Tiến hành viết đề tài  Bước 4: Từng bước hoàn chỉnh nội dung đề tài thông qua ý kiến đóng góp giáo viên hướng dẫn  Bước 5: Hoàn chỉnh đề tài, nộp đề tài cho giáo viên hướng dẫn giáo viên phản biện Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập nghiên cứu  Bước 6: Bảo vệ đề tài CÁC THUẬT NGỮ  TSM (Tunneling scanning microscope): kính hiển vi quét xuyên hầm  AFM (Atomic force microscope): kính hiển vi lực nguyên tử  TEM (Transmission electron microscope): kính hiển vi điện tử truyền qua  SEM (Scanning electron microscope): kính hiển vi điện tử quét  XRD (X-Ray Diffraction): Phương pháp nhiễu xạ tia X  MEMS (Microelectromecanic): hệ vi điện  NEMS (Nanoelectromecanic): hệ thống điện nano  QD (Quantum dot hay nano dot): điểm, chấm lượng tử, đảo  Quantum wire: dây lượng tử  Quantum well: giếng lượng tử  FET: transistor trường  MOSFET: transistor trường oxit kim loại bán dẫn  RTD: diod đường hầm cộng hưởng GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Thủy SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano ứng dụng  RTT: transistor đường hầm cộng hưởng  SET (Single electron transistor): transistor đơn điện tử  Sensor: cảm biến  Chip: loại mạch điện tử siêu nhỏ  Lithography: phương pháp quang khắc  EBL: quang khắc chùm điện tử  MBE: phương pháp epitaxy chùm phân tử  Detector: máy dò  Photodetector: thiết bị dò cảm biến quang học  Robot nano: người máy kích cỡ nano  “Top - down”: phương pháp chế tạo từ xuống  “Bottom - up”: phương pháp chế tạo từ lên  “Điểm”: nhiệt dộ đông đặc vật chất  Fulleren: cấu trúc hình cầu, cấu thành từ 60 nguyên tử cacbon Các nguyên tử cacbon nằm 60 đỉnh hình gồm 90 cạnh 32 mặt tạo Trung tâm Học liệu ĐH Thơ @hình Tàilụcliệu thành từ 12 hìnhCần ngũ giác 20 giác học tập nghiên cứu  Nano tube (ống nano cacbon): cấu tạo rỗng bên trong, thành ống graphite cuộn tròn, đầu ống bán cầu fullerence úp lại Vỏ ống nanocacbon bao gồm nguyên tử cacbon xắp xếp đặn đỉnh hình lục giác Có hai loại ống nano cacbon đơn tường (một lớp) ống nano cacbon đa tường (nhiều lớp)  Màng mỏng Langmuir – Blodgett (màng L.B): Do nhà Vật lí Hóa học Mỹ Irving Langmuir học trò ông bà K Blodgett thực trao giải Nobel vào năm 1932 Đây loại màng mỏng phân tử hữu chế tạo xác dựa vào tự xếp phân tử, thường chứa 1, 2, 3,…, 25, lớp phân tử mẫu  Xăng đuých: lớp mẫu tinh thể (đơn chất hay tạp chất)  Tip: Đầu dò  Pic (peak): Đường cong phổ chất  WDS ( Wavelength – Dispersive Spectrometer): phổ kế tán sắc sóng  EDS ( Energy – Dispersive Spectrometer): phổ kế tán sắc lượng GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Thủy SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano ứng dụng PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ VỀ CÔNG NGHỆ NANO 1.1 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ SỰ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ NANO 1.1.1 Lịch sử hình thành Công nghệ nano (Nanotechnology) đời từ phát triển theo hướng thu nhỏ dần kích thước thiết bị điện tử: từ máy tính dùng đèn chân không vào khoảng thập niên 30 kỉ trước, chiếm không gian tòa nhà sau máy điện toán dùng vi chip mạch (sơ đồ tích hợp đại tích hợp) thập niên 70 - 80 có kích thước thành phần cấu tạo cỡ 10-6 – 10-8 [m] Đến cho phép cấu tạo động điện cấu truyền động có kích thước đường kính sợi tóc người [6] Một số cột mốc khởi điểm công nghệ nano [8], [4] - Vào khoảng 3.5 tỉ ĐH năm trước bào sống xuấthọc Nó phần cứu tử Trung tâm Học liệu CầntếThơ @đầu Tàitiênliệu tậpchứa vànhững nghiên sinh học kích cỡ nanomet tiếp nhận nhiệm vụ xử lý vật liệu di truyền - Khoảng 400 năm trước công nguyên, Democrit đưa vào khái niệm nguyên tử để thành phần nhỏ vật chất mà theo tiếng Hi Lạp cổ có nghĩa “không chia nhỏ được” - Năm 1905, luận văn tiến sĩ: “Một phương pháp để xác định kích cỡ phân tử đường” mình, Albert Einstein tính đường kính phân tử đường vào khoảng nanomet - Năm 1931, Max Knoll Ernst Ruska phát minh kính hiển vi điện tử tạo ảnh vật nhỏ nanomet - Năm 1959, Richard Feynman đọc giảng tiếng ông khả thu nhỏ lại: “There’s plenty of room at the bottom” - Ở nhiều chỗ trống (đại ý sâu tự nhiên nhiều khả nữa) - Năm 1965, Richard Feyman đoạt giải Nobel Vật lý lĩnh vực công nghệ nano Ông nhấn mạnh: Công nghệ nano lĩnh đầy triển vọng kỉ 21, hứa hẹn mang GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Thủy SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano ứng dụng lại lợi ích vượt bậc đời sống phồn vinh nhân loại Đây đề tài bất tận cho nghiên cứu ứng dụng Vật lý, Hóa học, Sinh học - Năm 1968, Alfied V.Cho John Arthur Bell Laboratories với đồng nghiệp phát minh phương pháp epitaxy chùm phân tử - Năm 1974, Norio Taniguchi đề ý tưởng phương pháp chế tạo nhỏ micromet gọi “Công nghệ nano” - Năm 1981, Gerd Binnig Heinrich Rohrer sáng chế kính hiển vi quét cho phép chụp hình nguyên tử riêng rẻ - Năm 1985, Robert F Curl Jr., Harold W Kroto Richard E Smalley phát minh Buckminster – Fulleren hay gọi cầu Bucky có đường kính khoảng nanomet - Năm 1986, K Eric Drexler xuất “Engines of Creation” (Những cỗ máy đầy sức sáng tạo), từ thuật ngữ công nghệ nano trở nên đại chúng - Ngày 11 - 09 - 1989, khởi đầu kỉ nguyên mới, đánh dấu khởi đầu thức kỉ nguyên công nghệ nano Một kiện quan trọng xảy trung tâm nghiên cứu Trung tâm HọcIBM liệu ĐHJose, Cần Thơ @ liệuhọc học nghiên cứu Almaden San California: hai Tài nhà khoa củatập IBMvà – Don Eigler Erhard Schweizer thao tác có chủ định nguyên tử để tạo nên cấu trúc, logo IBM đơn giản, tạo từ 35 nguyên tử Xenon (350 triệu logo vừa khít diện tích dấu chấm câu) Eigler Schweizer phá vỡ rào chắn cuối đơn vị cấu trúc người tự nhiên – nguyên tử - Năm 1991, Sumio Fijima hãng NEC Tsukaba (Nhật Bản) phát minh ống nano cacbon - Năm 1993, Warren Robinett Đại học Bắc California (University of North California) R Stanley Williams Đại học California (University of California) Los Angeles kết nối kính hiển vi điện tử quét với Video Recoder, nhìn thấy chí sờ mó nguyên tử thực tế ảo - Năm 1996, Richard Smalley đoạt giải Nobel hóa học công nghệ Nano - Năm 1998, nhóm Cee Dekker trường Đại học Tổng hợp Delft Hà Lan phát minh transistor từ ống nano cacbon - Năm 1999, James M Tour Đại học Rice Mark A Reed trường Đại học Yale cho thấy phân tử riêng rẻ hoạt động dụng cụ đóng ngắt mạch GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Thủy SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano ứng dụng - Năm 2000, Eigler nhà nghiên cứu khác hãng IBM chế tạo gương lượng tử Một nguyên tử từ tính tiêu điểm kính elip gồm nguyên tử tạo nên hình ảnh đối xứng gương nguyên tử tiêu điểm Điều phương tiện để truyền thông tin mà không dùng dây dẫn - Trong năm 2001, nhiều trường Đại học thành lập trung tâm công nghệ Nano trị giá nhiều triệu đôla - Năm 2001, trường Đại học tổng hợp Ulm (Cộng Hòa Liên Bang Đức) Florian Bamberg thành công việc hàn hai ống nano với chùm điện tử Các nhà Vật lý Mĩ Moscow (Bang Ohio – Mĩ) nuôi cấy ống nano theo hình xoắn ốc qua tạo lò xo nano 1.1.2 Sự phát triển công nghệ nano [8], [4], [18] Khoa học công nghệ nano khởi đầu từ tiến công nghệ vi điện tử gần lúc Mĩ, châu Âu Nhật Bản  Mĩ - Trong trường đại học Mĩ, nhiều trung tâm phòng thí nghiệm nghiên cứu Trung Cần Thơ Tài năm liệu90học tậpkỉvà cứu vấntâm đề củaHọc Vật lýliệu nanoĐH thành lập @ từ 20 nghiên Một số trung tâm sau mở rộng thành trung tâm nghiên cứu khoa học công nghệ nano - Năm 2000, thông qua Quỹ Khoa học Quốc gia, Nhà Trắng thông qua chương trình quốc gia khoa học công nghệ nano Tổng thống định chương trình Khoa học Quốc gia ưu tiên số Ngoài nguồn kinh phí đầu tư ngày tăng từ ngân sách Chính phủ, có nguồn đầu tư doanh nghiệp trường Đại học - Cuối thập niên 1990, Tổng thống Clinton ký tài trợ cho trung tâm khởi xướng công nghệ nano Quốc gia mức 422 triệu đô la vào năm cuối nhiệm kì ông Tầm quan trọng chiến lược vấn đề công nghệ thúc giục quyền Bush gia tăng tài trợ đến 710 triệu đô la vào năm 2003 - Vào năm 2004, đầu tư cho ngành công nghệ phát triển mạnh mẽ quyền liên bang + Ở tiểu bang California, quyền bang đóng góp 100 triệu đô la công ty máy tính HP (Hewlett - Packard), Sun Microsystems Sequenom góp thêm hàng triệu đô la để thành lập Viện nghiên cứu hệ nano California GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Thủy SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano ứng dụng + Ở bang NewYork đầu tư 50 triệu đô la kết hợp với 100 triệu đô la IBM đóng góp, mục đích xác định tiểu bang trở thành bang dẫn đầu lĩnh vực điện tử nano + Các bang Texas, New Mexico, Pennsylvania, Indianna, Florida Illinois tiến hành tương tự với mức độ đầu tư có thấp hơn, mục đích để phát triển kinh tế - Những nỗ lực phát triển công nghệ nano thể hoạt động mạnh mẽ trường đại học phòng thí nghiệm Liên bang Tháng - 2004, quyền Liên bang bầu chọn sáu trung tâm ưu tú lĩnh vực công nghệ nano Mỗi trung tâm nhận xấp xỉ 12 triệu đô la với nhà nghiên cứu công nghệ nano xuất sắc nghiên cứu sinh giỏi  Trường Đại học Columbia  Trường Đại học Cornell  Trường Đại học Harward  Trường Đại học Northwestern Trung tâm Học liệu CầnKhoa Thơ @ Tài liệu học tập nghiên cứu Trường ĐạiĐH học Bách Rensselaer  Trường Đại học Rice Ngoài Duke, Northwestern, Purdue trường đại học Washington thành lập trung tâm công nghệ nano liên kết với đại học Michigan, Georgia Tech, Harward Stanford  Nhật Bản - Nhờ có vận động doanh nghiệp mạnh Keiranden, phủ Nhật Bản nhận thấy công nghệ nano ưu tiên hàng đầu Quốc gia đầu tư 465 triệu đô la/năm cho phát triển công nghệ Vào năm cuối kỉ XX, hình thành mạng lưới quốc gia đơn vị nghiên cứu triển khai khoa học công nghệ nano ba Bộ (Bộ thương mại quốc tế công nghiệp; Bộ khoa học công nghệ; Bộ giáo dục, thể thao văn hóa) doanh nghiệp tham gia - Các trường đại học Tokyo, Osaka Viện công nghệ Tokyo mở Viện nghiên cứu công nghệ nano  Châu Âu GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Thủy SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano ứng dụng - Nghiên cứu vấn đề khoa học nano đến tiến hành tất trường đại học lớn - Pháp, Anh, Italia nhiều nước khác ưu tiên cho việc nghiên cứu khoa học nano Ở Đức, mạng lưới trung tâm phòng thí nghiệm khoa học nano hình thành Ở Pháp, hình thành hai tập đoàn quốc gia khoa học công nghệ nano:  MINATEC: thành lập trường Đại học Bách Khoa Grenoble xí nghiệp công nghiệp điện tử vùng Rhone – Alpee  Một tập đoàn khác hình thành vùng Ile - de - France Essonne trường đại học có danh tiếng như: Đại học Sư phạm Paris, Đại học Bách khoa, Đại học sư phạm Cachan, Đại học Điện (Ecole Superieure Electricite), Đại học Paris XI,…  Những quốc gia khác Những quốc gia khác đầu tư vào công nghệ nano Hàn Quốc (200 triệu đô la/năm), Trung tâm Học liệu200 ĐH Cần Thơ @ Tài(120 liệutriệu học tập vàĐài nghiên cứu Trung Quốc (khoảng triệu đô la/năm), Canada đô la/năm), Loan (110 triệu đô la/năm), Israel (100 triệu đô la/năm) Australia (50 triệu đô la/năm) - Ở Hàn Quốc: gần tất trường đại học viện khoa học trọng nghiên cứu công nghệ nano: Viện khoa học công nghệ Kwang - ju K – JIST, Viện Khoa học Công nghệ KIST - Ở Đài Loan, nghiên cứu khoa học nano tập trung Viện Hàn lâm khoa học, nghiên cứu triển khai công nghệ nano tập trung Viện nghiên cứu Công nghệ công nghiệp ITRI - Ở Trung Quốc, chương trình nghiên cứu triển khai công nghệ nano tiến hành qui mô toàn quốc đạt kết rõ rệt Cuối năm 2002, Trung Quốc tổ chức triển lãm sản phẩm công nghệ nano Bắc Kinh - Ở Canada, Australia New Zeeland nước thành lập Trung tâm nghiên cứu khoa học công nghệ nano để tập trung đầu tư Ba nước với Đài Loan đóng vai trò chủ chốt việc thành lập Diễn đàn công nghệ Nano APEC (APEC Nanotechnology Forum) với tham gia tổ chức khoa học nước Asean, có Hội đồng khoa học ngành Vật lý thuộc Hội đồng khoa học tự nhiên Việt Nam GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Thủy SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano ứng dụng - Ở Việt Nam, Hội nghị Vật lý chất rắn toàn quốc Đồ Sơn năm 1997 kêu gọi hội viên nghiên cứu Vật lý nano Theo kiến nghị Hội đồng khoa học tự nhiên năm 2004, Bộ Khoa học Công nghệ mở hướng nghiên cứu trọng điểm khoa học công nghệ nano chương trình nghiên cứu khoa học tự nhiên Một số trường đại học nước có hướng nghiên cứu phát triển ngành công nghệ nano từ sớm, điển hình trường đại học Bách khoa Hà Nội Nhận xét: Công nghệ nano bùng nổ ngành công nghệ mũi nhọn tất quốc gia giới Điều chứng tỏ công nghệ nano có tầm quan trọng sức mạnh lớn 1.2 TẦM QUAN TRỌNG CỦA CÔNG NGHỆ NANO [4] 1.2.1 Lợi ích từ việc thay đổi tính chất vật liệu  Đặc điểm: Nanomet điểm kì diệu thước đo mà công cụ người tạo bắt đầu thao tác với nguyên tử phân tử riêng rẻ Mọi thứ, từ độ bền độ dẫn điện tính chất quang học, từ tính tính chất nhiệt có khả thay đổi, dựa cấu trúc nguyên tử kết Trung tâm Học ĐHđược Cần Thơ @ Tài liệu học tập nghiên cứu hợp cácliệu vật liệu sử dụng  Lợi ích: Bằng cách xếp nguyên tử vật liệu cách chọn lọc, thứ từ kim loại, gốm sứ, chất dẻo, chất bán dẫn thủy tinh vật liệu composite thể tính chất lạ Điều mở khả chế tạo vật liệu cách vô hạn 1.2.2 Lợi ích việc trở thành nhỏ bé  Đặc điểm:  Vật liệu kích thước nano có nhiều nguyên tử tiếp xúc với bề mặt  Những hạt có kích thước nano không bị phát hệ miễn dịch thể hạt kích thước micro, dễ dàng hòa tan vào nước  Có thể đến nơi thể mà loại hạt thiết bị khác không dễ dàng đến được: thẩm thấu qua màng tế bào, tự biến đổi bề mặt để gắn vào thực thể tế bào phân tử protein đặc biệt tế bào…  Lợi ích: GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Thủy SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano ứng dụng  Vì có nhiều nguyên tử tiếp xúc với bề mặt nên có ý nghĩa thị trường chất xúc tác, làm tăng sản lượng hay hiệu suất trình  Vì không bị phát hệ miễn dịch nên thể không đào thải thuốc; hòa tan hoàn toàn vào nước, nên chế hấp thụ thuốc trở nên dễ dàng giảm thiểu tác dụng không mong muốn thuốc  Do thẩm thấu qua màng tế bào gắn vào thực thể sinh học mong muốn nên điều ứng dụng vào việc phân phối thuốc đích xác vào tế bào bị bệnh, tăng cường khả chữa trị bệnh ung thư 1.2.3 Lợi ích từ việc phù hợp với đặc điểm, kích thước tự nhiên  Đặc điểm: Trong ngành sinh học phân tử, phân tử sinh học hoạt động kích thước nano  Lợi ích: Nhờ áp dụng công nghệ kích thước nano hiểu sâu sắc hoạt động thật thể người giới quanh ta Ví dụ: hiểu thành phần phân tử cấu tạo nên xương bị xấu đi, tìm phương pháp điều trị bệnh loãng xương; Trung tâm Học liệubằng ĐHcách Cần Thơ @ Tài liệuđổihọc nghiên cứu hiểu vi rút AIDS làm biến gen, tập tiến gần đến việc tìm phương thuốc để chữa bệnh này,… 1.2.4 Tăng độ xác cho môi trường  Đặc điểm: Công nghệ nano sử dụng số nguyên tử theo yêu cầu, không sử dụng hóa chất dung môi không cần thiết phức tạp để tổng hợp vật liệu  Lợi ích: Tăng độ xác, giảm khiếm khuyết cho vật liệu; không làm ô nhiễm môi trường 1.3 CƠ SỞ CỦA CÔNG NGHỆ NANO 1.3.1 Khái niệm công nghệ nano 1.3.1.1 Công nghệ nano gì? - Định nghĩa: Công nghệ nano, ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo ứng dụng cấu trúc, thiết bị hệ thống việc điều khiển hình dáng, kích thước quy mô nanomet.[23] GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Thủy 10 SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano ứng dụng Viglacera đề nghị sử dụng thử sơn quang phủ chống ẩm mốc cho gạch ốp, Viện chưa có điều kiện sản xuất quy mô lớn  Khẩu trang diệt khuẩn [24] - Các nhà nghiên cứu Đại học khoa học Tự nhiên Hà Nội đưa giải pháp: dùng vật liệu nano TiO2 có tính diệt khuẩn mạnh để chế tạo trang Ý tưởng giải pháp hiệu để đối phó dịch cúm gia cầm SARS - Phó giáo sư Phạm Văn Nho, Phòng thí nghiệm Vật lý ứng dụng, Khoa Vật Lý, Đại học Khoa học tự nhiên (Hà Nội) cho sử dụng vật liệu nano TiO2 sợi polyeste để làm lớp trang, giúp giữ lại tiêu diệt loài vi khuẩn virus độc hại vi khuẩn lao, virus SARS, H5N1 + Khẩu trang công cụ rẻ tiền ngăn chặn lây nhiễm qua đường hô hấp Tuy nhiên trang y tế có tác dụng lọc học, tức giữ lại vật thể nhỏ bề mặt, tác dụng diệt nên vi khuẩn sống + Khả lọc học có hạn, với vật liệu hoạt tính (như loại trang chuẩn để chống SARS N95) Vì theo thời gian sử dụng Trung tâm Học liệunăng ĐHbảoCần Thơ @ Tài liệu học tập nghiên cứu trang dần khả vệ người dùng + Trong đó, vật liệu nano TiO2 hoạt động theo nguyên lý xúc tác, tức không bị tổn hao Không có tượng "quen nhờn" với vật liệu, nên bảo vệ người dùng tốt nhiều +Kết thử nghiệm Khoa Sinh học, Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội cho thấy vật liệu nano TiO2 có khả diệt vi khuẩn E.Coli Bacillus thời gian ngày, thực tế sau 15 ngày, trì khả - Về tính an toàn sản phẩm: Lớp vật liệu chứa TiO2 nằm kẹp hai lớp khác, không tiếp xúc trực tiếp với da người nên không gây nguy hiểm Cũng theo ông, TiO2 từ lâu biết đến loại vật liệu an toàn, sử dụng sản xuất kem chống nắng, chế tạo quần áo khử mùi - Tuy hoạt động theo chế quang xúc tác, song ông Nho cho biết điều kiện bóng tối, vật liệu phát huy tác dụng diệt khuẩn sau kích hoạt ánh sáng b) Hạt nano diệt khuẩn từ vàng bạc - Tính chất Au Ag: + Vàng bạc có tác dụng diệt khuẩn GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Thủy 108 SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano ứng dụng + Khi đạt đến kích cỡ nano chúng có tác dụng diệt khuẩn mạnh kích thước bột thông thường - Áp dụng tính chất này, người ta chế tạo sản phẩm có tính diệt khuẩn Từ dẫn đến đời công nghệ Silver Nano  Ứng dụng kĩ thuật Silver Nano để sản xuất mặt hàng điện lạnh [24] - Công ty Samsung tỏ vượt trội “đi trước bước” đưa công nghệ Silver Nano vào Việt Nam để sản xuất mặt hàng điện lạnh (bao gồm máy lạnh, tủ lạnh máy giặt) - Bằng phương pháp điện phân để tách rời phân tử bạc, tạo ion cực nhỏ cỡ nanomet (Ag+), công nghệ Silver Nano ứng dụng sản phẩm gia dụng Samsung phóng tới 400 tỷ ion bạc, giúp loại bỏ tối đa vi khuẩn, nấm mốc mầm bệnh da quần áo người - Samsung phủ lớp bạc bảo vệ vào phận máy giặt, tủ lạnh, máy điều hòa nhiệt độ  Với máy giặt, đặt chế độ "Silver Wash" (làm Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @hệTài học sẽtập vàthích nghiên cứu bạc), thốngliệu khử trùng phóng phần tử bạc để diệt vi khuẩn nấm mốc quần áo mà sử dụng phương pháp đun sôi nước Khi đặt chế độ Hình 3.9 Máy lạnh ứng dụng công nghệ Silver Nano Samsung "Silver Sterilization" (tẩy trùng bạc), vải vóc phủ phân tử nano bạc trình xả  Với tủ lạnh, lớp bạc ngăn chặn trình phát triển mầm bệnh, khử mùi tủ mà không ảnh hưởng đến hương vị thức ăn Ion bạc giúp thực phẩm tươi tới 15 ngày  Với máy điều hòa nhiệt độ, công nghệ silver nano có tính diệt khuẩn không khí  Sản phẩm gia dụng nano [24] - Sử dụng công nghệ Silver Nano việc chế tạo sản phẩm liên quan đến ăn uống đảm bảo sức khoẻ cho người tiêu dùng nano bạc giúp ngăn ngừa chứng tiêu chảy, hạn chế hư hỏng thức ăn GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Thủy 109 SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano ứng dụng - Các sản phẩm bán chạy thường liên quan đến trẻ em - lứa tuổi dễ mắc tiêu chảy - bình sữa, ca uống nước, đánh tưa lưỡi, cọ rửa bình sữa, khay đựng thức ăn Nano Silver (nhập từ Hàn Quốc) - Kỹ thuật Nanopoly kỹ thuật chia nhỏ độ lớn phân tử bạc tỷ lệ 1/1 tỷ, sau ổn định lại cácphân tử Nano chống kết dính bao phủ Nano bạc bề mặt bình sữa dụng cụ để đạt hiệu kháng khuẩn cao bạc Hình 3.10 Ca uống nước ứng dụng công nghệ nano Hình 3.11 Bình sữa ứng dụng công nghệ nano Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập nghiên cứu - Màu nguyên thủy bạc màu xám, qua khúc xạ ánh sáng, dạng phân tử Nano, mắt thường nhìn thấy màu bình sữa MUMMYNANO bạc màu vàng óng - Công nghệ Nano Silver có khả bảo quản thực phẩm tốt, không bị thay đổi chất, không bị ảnh hưởng yếu tố môi trường: nhiệt độ, ánh sáng… đặc biệt diệt khuẩn, khử mùi hoàn toàn chất bạc hạn chế thay đổi chất điện ion âm (Ag+) bắn hạn chế sinh sản vi khuẩn, công phá vỡ màng tế bào gần 650 loại vi khuẩn đơn bào gây hại Các ion âm bạc phóng tiêu diệt 99,9% hai loại vi khuẩn Staphylococci E.Coli gây bệnh ưng thư tiêu chảy  Tất nano diệt khuẩn [25] - Được sản xuất hãng NanoHorizons - Các vi phân tử vàng, bạc kim loại - sát thủ vi trùng vi khuẩn gây mùi hôi chân "cấy" vào giày, thiết bị tập luyện thể thao sản phẩm làm từ nhựa sợi nylon khác GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Thủy 110 SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano ứng dụng - Các quy trình sản xuất cấy ghép kim loại nói vào sản phẩm, nhiên họ thao tác với mảng khối kim loại kích thước tương đối lớn, đem "nhúng" nguyên lớp kim loại vào bề mặt sản phẩm Phương pháp dẫn đến tình trạng sản phẩm nặng giá thành sản xuất cao hơn, mà độ bền sản phẩm bị ảnh hưởng - Trong đó, NanoHorizons lại sử dụng phân tử nano, có dạng hình cầu que, thiết kế với mục đích gia tăng đáng kể lượng kim loại phục vụ cho phản ứng hóa học diệt vi khuẩn - Với công nghệ này, khối lượng kim loại huy động nhỏ nhiều so với phương pháp thông thường, sử dụng lượng kim loại tiêu diệt nhiều vi khuẩn - Sức tiêu diệt phân tử nano có hiệu cao gấp 20 đến 100 lần so với kim loại 3.1.4.3 Màng nano cacbon [24] - Do nhà nghiên cứu thuộc ĐH Florida chế tạo Trung tâm liệutrênĐH @nano Tàicacbon liệu học tập nghiên cứu - MàngHọc nano nói đượcCần làm từThơ ống Vật liệu tạo nên loại màng cacbon 60, loại phân tử cacbon hình cầu, cứng gấp hai lần kim cương - Tính chất ứng dụng + Nhẹ 10 lần song lại bền gấp 250 lần thép Hình 3.12 Màng nano cacbon Tiềm ứng dụng loại vật liệu lớn, hàng không, vũ trụ, quân sống thường ngày + Nếu nhiễm điện, màng nano cacbon sử dụng để rọi sáng hình máy tính vô tuyến, tạo độ sáng đồng so với công nghệ ống tia cathode công nghệ hình tinh thể lỏng + Là vật liệu dẫn nhiệt tốt nhất, màng nano thích hợp để chế tạo tản nhiệt, giúp máy tính thiết bị điện tử khác tản nhiệt hiệu so với Và theo thời gian, màng nano giúp người thu nhỏ kích cỡ thiết bị điện tử + Do có khả mang dòng điện cực lớn nên màng nano cacbon gắn bên máy bay Khi đó, sét đánh di chuyển quanh máy bay tiêu tan mà không gây thiệt hại GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Thủy 111 SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano ứng dụng + Màng bảo vệ vi mạch thiết bị điện tử máy bay khỏi tượng nhiễu loạn điện từ Nhiễu loạn điện từ làm hỏng thiết bị + Ngoài ra, màng cho phép máy bay quân chắn tín hiệu điện từ chúng, làm cho radar dò thấy máy bay + Màng nano cacbon nằm FAC2T, dự án phát triển loại vật liệu composite công nghệ sản xuất chúng Quân đội Mỹ quan tâm tới ứng dụng quân màng nano Thực tế, Phòng thí nghiệm quân đội gần đầu tư 2,5 triệu USD Văn phòng nghiên cứu khoa học Không quân Mỹ chi 1,2 triệu USD để nghiên cứu ứng dụng loại vật liệu 3.1.4.4 Dây nano bền giới [20] - Do nhà khoa học Trường đại học Melbourne (Úc) chế tạo - Tính chất: Loại dây mảnh sợi tóc người khoảng 1.000 lần, đến mức đủ để nâng bổng khỏi mặt đất 16 voi châu Phi có đường kính cỡ 1cm nano cứu Trung tâm liệu ĐH Cần Thơ tập3.13 vàDây nghiên - Ứng Học dụng: Những sợi dây nano kiểu @ Tài có thểliệu đượchọcHình sử dụng chế tạo thiết bị điện điện tử cảm biến khí, chất ô nhiễm không khí, tác nhân sinh học hay chí đồng hồ xác 3.1.4.5 Sử dụng vi khuẩn để làm vật liệu nano [24] - Các nhà khoa học thuộc Trung tâm John Innes Anh thành công việc sử dụng virút Vigna unguiculata gây bệnh đốm vàng đen đậu Hà Lan làm vật liệu công nghệ nano - Đặc tính + Virút này, có kích thước 30 nanomét, không lây nhiễm Hình 3.14 Đậu Hà Lan gây bệnh cho người động vật + Các nhà khoa học liên kết virút thành "giàn giáo”, để 240 hợp chất hữu cơ, hợp chất chứa nguyên tử sắt, bám vào tạo vật liệu nano + Các hợp chất có chứa sắt nối với nhờ "giàn giáo" virút tạo thành phân tử nano có tính dẫn điện cao GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Thủy 112 SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano ứng dụng - Ứng dụng: Vật liệu nano cho thấy tính đặc biệt sử dụng để chế tạo thiết bị hệ thống điện tử nano, cảm biến sinh học cho trình xúc tác điện tử 3.1.5 Công nghệ vũ trụ nano 3.1.5.1 Trung Quốc phóng thành công vệ tinh sử dụng công nghệ nano [24] - Sáng sớm ngày 19-4, Trung Quốc phóng thành công vệ tinh Nano I lên quỹ đạo Đây vệ tinh sử dụng công nghệ nano Trung Quốc tự thiết kế - Vệ tinh Nano I có trọng lượng 25kg Đại học Thanh Hoa Công ty Công nghệ Vệ tinh Thanh Hoa hợp tác chế tạo - Việc sử dụng công nghệ nano cho phép vệ tinh có trọng lượng nhỏ có mức độ tích hợp thiết bị cao Đây hướng quan trọng ngành hàng không vũ trụ đại với xu hướng phát triển tàu vũ trụ với kích thước ngày nhỏ - Những vệ tinh nano phục vụ nghiên cứu khoa học, khảo sát tài nguyên, dự báo thảm họa thiên nhiên bảo vệ môi trường Trung tâm liệu- ĐH CầnvũThơ @đầuTài tập cứu 3.1.5.2.Học Việt Nam công nghệ trụ bắt với liệu vệ tinhhọc picô nặng Kgnghiên [24] - Thực nhiệm vụ Chính phủ giao, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam tiến hành công việc cụ thể để triển khai nghiên cứu chế tạo vệ tinh nano nhỏ quan sát Trái đất, phục vụ giám sát tài nguyên môi trường Việt Nam - Vệ tinh siêu nhỏ gọi vệ tinh pico, có khối lượng nhỏ 1kg Ngoài ra, có vệ tinh nano có khối lượng nhỏ 10kg - Vệ tinh pico có khối lượng kg với kích thước (10cm x 10cm x 10cm) gắn camera chụp ảnh trái đất với độ phân giải thấp với hệ thống truyền thông trao đổi thông tin với trạm thu phát mặt đất - Kinh phí đầu tư không nhiều nên phù hợp với điều kiện Việt Nam cho việc đào tạo nghiên cứu công nghệ vũ trụ giai đoạn đầu - Theo kế hoạch, vào năm 2009, vệ tinh pico thử nghiệm mặt đất phóng lên vũ trụ vào năm 2010 GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Thủy 113 Hình 3.15 Lắp ráp vệ tinh pico SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano ứng dụng  Ngành công nghệ vũ trụ nano Việt Nam có bước tiến quan trọng hợp tác với NASA lĩnh Kế hoạch hợp tác gồm hai dự án: + Dự án chế tạo cacbon nanotubes để làm đầu đọc thông tin kính hiển vi điện tử có độ phân giải nguyên tử (AFM) Trong dự án NASA mang dây chuyền sản xuất đến để sản xuất AFM theo công nghệ chế tạo cacbon nanotubes Khu công nghệ cao TP HCM + Dự án sản xuất nano composit, vật liệu nano composite sản xuất thành công ứng dụng làm vỏ phi thuyền vũ trụ, vỏ máy bay 3.1.6 Mỹ phẩm 3.1.6.1 Kem chống nắng [21] Kẽm oxyt, hóa chất dạng bột trắng, thường dùng chống tác hại tia cực tím chế tạo theo công nghệ nano trở nên suốt, dùng làm kem chống nắng, sản phẩm suốt, không trắng đục loại kem thông thường có tác dụng hữu hiệu nhiều diện tích bề mặt lớn 3.1.6.2 Kem dưỡng da dầu gội đầu [4] Trung tâm Họctyliệu ĐHvà Cần Thơ Tài họctrong tậpkem vàthoa nghiên cứu - Hai công L’Oréal Lancôme @ dùng liệu hạt nano da dầu gội làm cho tóc khoẻ - Người ta dựa vào cỡ hạt kiểm soát cách xác, để xác định kem thấm sâu vào da dựa vào thành phần hạt, người ta làm nhiều thứ khác bao gồm chất tẩy bụi dầu gội chất làm ẩm da loại tóc đặc thù 3.1.6.3 Các hạt nano lưu giữ mùi hương lâu bền [13] - Jianfeng Chen đồng nghiệp Đại học kỹ thuật Hóa học Beijing tạo hạt cầu nano silica rỗng xốp chứa đựng chầm chậm giải phóng hợp chất bay Kỹ thuật dùng để kéo dài trì hương thơm nước hoa khử trùng tác dụng thuốc tẩy mùi - Các nhà khoa học bao bọc bên bề mặt hạt nano calcium carbonate với silica để hình thành nên hợp chất nhân – Hình 3.16 Hình ảnh hạt nano vỏ Sau calcium carbonate rửa tách khỏi hợp chất dung dịch acid hydrochloric loãng, kết tạo thành hạt hình cầu silica rỗng xốp có đường kính khoảng 60–80 nanomet Vỏ GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Thủy 114 SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano ứng dụng hạt cầu nano có lỗ rỗng lớn phân tử mùi thơm thuốc tẩy mùi, cho phép hợp chất dễ bay khuếch tán tích lũy vào bên giải phóng từ từ - Các hạt cầu nano rẻ dễ sản xuất chất mang trước So với than hoạt hóa, hạt nano lưu giữ nhiều gấp 14 lần hương thơm đa Ấn Độ giúp lưu giữ mùi thơm 40 ngày Hạt cầu nano phân phối acid peroxyacetic, chất tẩy mùi thương mại hành, gấp lần với silica rắn xốp - Những tác giả nghiên cứu từ: Phòng Thí Nghiệm Vật liệu Nano, Bộ Giáo Dục, Đại học Kỹ thuật Hóa học Beijing, Beijing, Trung Quốc; Trung tâm nghiên cứu Bộ Giáo Dục thiết bị kỹ thuật trọng lực cao, Đại học Kỹ thuật Hóa học Beijing, Beijing, Trung Quốc 3.2 VIỄN CẢNH CÔNG NGHỆ NANO TRONG TƯƠNG LAI 3.2.1 Những viễn cảnh công nghệ nano tương lai - Công nghệ nano cung cấp khả thiết kế đối tượng với độ xác cấp phân tử tạo dạng lượng không gây ô nhiễm môi trường Như nước phát triển đạt tới mức sống nước công nghiệp mà không Trung Học ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập nghiên cứu làmtâm hủy hoại môiliệu trường sống - Những vật liệu rẻ, nhẹ bền cho phép tiết kiệm tối đa lượng ngành giao thông vận tải, điều làm cho ngành hàng không vũ trụ trở nên kinh tế - Công nghệ nano dễ dàng loại trừ khí thải gây hiệu ứng nhà kính bầu khí quyển, giải nóng lên trái đất - Người ta tin với việc sử dụng người máy nano sửa chữa thể người cấp độ phân tử: giết vi khuẩn tế bào ung thư, sửa chữa cấu trúc bị hỏng,… thực trình tự động hóa công nghiệp kích cỡ nano Trong phạm vi tác giả tập trung giải viễn cảnh người máy nano - Xét loại người máy nano, công nghệ nano đưa hai loại gây nhiều ý:  Loại đầu người máy y học nano: tàu ngầm có kích thước vài phần triệu milimet, nghĩa ứng với chiều dài vài chục hay vài trăm nguyên tử nằm sát Người máy dòng máu nhờ phát tế bào mắc bệnh phá hủy chúng GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Thủy 115 SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano ứng dụng  Loại thứ hai – Cái gọi Assembler (Bộ lắp ráp) – ý tưởng nhà vị lai học K Eric Drexler nêu lên Đây loại máy chế tạo vạn Nó có khả chế tạo thực thể, kể thân cách tiếp nhận linh liện nguyên tử lắp ghép theo nguyên lý Lego Một kìm gắp kích cỡ nanomet bắt nguyên tử riêng lẽ khỏi môi trường để vào nơi mà người ta cần tới - Viễn tưởng Drexler mở nhiều vấn đề: người máy nhỏ chế tạo máy phức tạp vô tuyến truyền hình hay máy tính với giá thành cực thấp Nhưng có mặt trái: khả Assembler tự nhân mình, dẫn tới phản ứng dây chuyền thành vô số không kiểm soát chúng điều tất dẫn đến tự hủy diệt trái đất - Nhưng vấn đề đặt liệu chế tạo loại robot nano không? 3.2.2 Đi tìm câu trả lời cho viễn cảnh đặt + Các nguyên tử vô nhỏ chuyển động theo cách định Nhà hóa học xếp cho chúng đặt vào liên kết mong muốn Trung tâm Học ĐHnày Cần Thơchế @tạo Tài liệu học tậpnhững nghiên cứu + Để thựcliệu điều người robot nano chế ngự nguyên tử mà phải chế ngự toàn nguyên tử xung quanh Bởi lẽ tất nguyên tử liên kết theo cách riêng chúng + Việc chế tạo theo nguyên tắc dẫn đến hai khó khăn:  Vấn đề ngón tay “chuối mắn” (kích thước to, thô lậu): cách tay thao tác phải chế tạo từ nguyên tử nên ngón tay có kích thước tối thiểu định Khu vực phản ứng rộng cỡ nanomet không đủ chỗ cho tất ngón tay toàn thao tác cần có để kiểm soát hoàn toàn trình hóa học  Vấn đề ngón tay “kết dính”: nguyên tử thao tác kết dính với nguyên tử cần di chuyển Bởi thường thả xác linh kiện siêu nhỏ vào vị trí cần thả + Đi sâu vào nghiên cứu hai loại máy ta thấy nhiều bất cập xảy ra: 3.2.2.1 Loại 1: người máy y học  Việc chế tạo máy nano di động tuần tra mạch máu người khó khăn: GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Thủy 116 SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano ứng dụng + Do tượng ma sát nên người máy bị kẹt lại Vì linh kiện nhỏ có diện tích bề mặt đáng kể nên tượng ma sát robot nano đáng kể so với linh kiện có kích thước lớn + Vấn đề lượng: Lấy đâu lượng cho máy nano độc lập? Trong giới nano sẵn ổ cắm, tế bào dùng phản ứng hóa học hợp chất định làm nguồn lượng chuyển đổi dạng lượng vào máy nano chưa biết phải đâu  Liệu tàu ngầm nano có chạy không người ta chế tạo nó? + Một tàu ngầm người điều khiển chuyển động dễ dàng nước Nó dùng chân vịt quay đẩy bánh lái di chuyển để lái theo hướng mong muốn + Vi khuẩn bơi nước dùng thực thể trông giống đường xoắn ốc dễ uốn hay roi, lại hoạt động hệt chân vịt – tiêm mao.Vi sinh vật thường không lái mục tiêu dọc theo đường định, Trung tâm Học Cần Thơ @ Tài va chạm ngẫu liệu nhiên ĐH theo hướng chuyển động,liệu học tập nghiên cứu gặp may đến lúc dẫn đến nguồn thức ăn + Ở người máy nano lại xuất vấn Hình 3.17 Vi khuẩn Escherichia Coli bơi chất lỏng nhờ đuôi (tiêm mao) đề mới, chế tạo chân vịt lại bị phân tử nước ngẫu nhiên va chạm Các phân tử nước nhỏ tàu ngầm nano, không nhỏ bao chuyển động nhiệt chúng lại nhanh Một chuyển động có kích thước nanomet va chạm đụng mạnh với chúng mà theo hướng ngẫu nhiên (đó chuyển động Brown) Bất kì nổ lực định hướng theo mục tiêu xác định bị va đập ngẫu nhiên phân tử nước làm cho tiêu tan Như tàu có kích thước cỡ trăm nanomet lại chẳng thể điều khiển Ngay tế bào lớn tàu ngầm nano hàng chục đến hàng trăm lần không lái qua dòng máu mà đơn giản bị theo Trong trường hợp tốt tàu ngầm rẽ vào hướng GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Thủy 117 SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano ứng dụng  Nhưng người ta sáng chế điều khiển tàu ngầm siêu nhỏ chúng chưa có khả thực nhiệm vụ khó khăn nhầm phát bệnh tật + Để tìm tế bào mắc bệnh thể, chẳng hạn tế bào ung thư, có lẽ chúng phải mô tính chất hệ miễn dịch + Việc quy tế bào thể trạng “lành tính”, “mắc bệnh” “ác tính” trình phức tạp Muốn cần huy động toàn thể công cụ hệ miễn dịch chúng ta, nhiều tỷ tế bào chuyên môn hóa bên + Các tế bào ung thư dấu hiệu đơn giản cho thấy chúng nguy hiểm Trong nhiều tính chất chúng chẳng khác tế bào lành tính Một tàu ngầm nano có chức thợ săn tế bào ung thư phải mang theo lên tàu phòng thí nghiệm để chẩn đoán + Nhưng với toàn trang bị: máy lấy mẫu, thuốc thử, phòng phản ứng máy phân tích kích thước tàu nhỏ + Ngoài để tất máy hoạt động lại cần tới lượng Các tế bào Trung tâmdịch Học ĐH Thơ hệt @như Tàinhững liệutếhọc tậpchắc nghiên cứu hệ miễn tiêuliệu thụ chấtCần dinh dưỡng bào khác, tàu ngầm nano phải làm 3.2.2.2 Loại 2: Assembler Assembler với kìm cặp để kẹp đặt, loại trừ nhiều khó khăn việc chế tạo tự sinh sản máy nano Nếu ta giả định máy chế tạo tổ hợp thực thể cách đơn giản lấy nguyên tử đặt vào vị trí nó, ta bỏ qua vấn đề gây cấn việc chế tạo Tuy nhiên xét từ quan điểm nhà hóa học, assembler hoạt động Ta xét trở ngại sau:  Đầu tiên kìm gắp assembler Nếu chúng phải khéo léo kẹp nguyên tử, chúng phải nhỏ nguyên tử Nhưng lẽ chúng cấu thành từ nguyên tử nên chúng lại lớn đối tượng mà chúng muốn gắp lên đặt xuống  Trở ngại thứ hai nằm chất nguyên tử Chúng - đặc biệt nguyên tử cacbon liên kết chặt với nguyên tử xung quanh Cần có lượng lượng lớn để nguyên tử khỏi vật liệu gốc (từ xuất nhiều vấn đề cho nguồn cung cấp lượng), lại giải phóng nhiều lượng đặt nguyên tử vị trí ( thêm vấn đề cho việc làm lạnh) Điều quan trọng nguyên GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Thủy 118 SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano ứng dụng tử cacbon tham gia liên kết với gần nguyên tử Ta khó tưởng tượng xem kìm gắp assembler chế tạo cho không bị dính chặt vào vật liệu gốc muốn nguyên tử khỏi  Mặc khác, việc chế tạo loại dụng cụ khó khăn (chẳng hạn tivi, người máy nano khác, ), nhữnng assembler liệu phải lập trình để thực tất điều đó? Đây thách thức khó vượt qua loại người máy 3.2.3 Kết luận Như chứng kiến nanobot tuần tra mạch máu người nanobot hoạt động tự động hóa nhà máy, có khả tự nhân mình? Câu trả lời là: Có lẽ chẳng cả! Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ TàiHình liệu3.18 học tập nghiên cứu Người máyvà nano mạch máu tồn tiểu thuyết khoa học GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Thủy 119 SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano ứng dụng TÓM TẮT Với đặc tính ưu việt cấu trúc nano người ta tạo ứng dụng thực tế phục vụ cho đời sống, mang lại lợi ích to lớn Ngoài việc điều trị bệnh y học, chế tạo hệ lưu trữ thông tin mới, công nghệ nano giúp sản xuất dạng lượng mới, góp phần giải vấn đề ô nhiễm môi trường; tìm dạng vật liệu có tính ưu việt; tạo nhiều ứng dụng ngành vũ trụ, hóa mỹ phẩm sản phẩm bảo vệ môi trường Ở Việt Nam, công nghệ nano có thành tựu khả quan Khả phát triển ngành công nghệ tương lai đầy triển vọng Tuy vậy, số vấn đề khả tạo người máy y học assembler khó trở thành thực Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập nghiên cứu GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Thủy 120 SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano ứng dụng PHẦN KẾT LUẬN Tổng kết chung Đề tài đạt mục tiêu đề ban đầu: Đề cập đến vấn đề công nghệ nano, sở hai ngành tiêu biểu Điện tử học nano Y học nano, thành tựu đạt triển vọng tương lai công nghệ nano - Công nghệ chế tạo nano đưa phương pháp sản xuất đại, tiên tiến thông qua hai hướng sản xuất lớn “top – down” “bottom – up” Từ ta chế tạo vật liệu với kích thước siêu nhỏ vùng nano thiết kế mong muốn - Với việc sử dụng công cụ như: kính hiển vi quét xuyên hầm, kính hiển vi lực nguyên tử…công nghệ tạo khả quan sát, nghiên cứu chí dịch chuyển, thao tác nguyên tử, phân tử riêng lẻ mà ngành công nghệ khác - Công nghệ nano cung cấp linh kiện điện tử mới, giải vấn đề mà ngành điện tử đặt việc thu nhỏ kích thước linh kiện từ vi điện tử đến điện tử nano Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập nghiên cứu - Công nghệ cung cấp phương pháp chẩn đoán mới, nhanh, nhạy hiệu phương pháp truyền thống đang sử dụng Việc mang thuốc chữa trị đến đích xác tế bào bệnh mở khả chữa trị bệnh nan y như: ung thư,…Thậm chí y học nano giúp ích cho việc chỉnh lí cấu mô da, xương, sụn tái tạo quan nội tạng thể tim, gan, thận,… - Ngoài công nghệ nano lời giải đáp cho toán lượng, ô nhiễm môi trường, mở nhiều khả ứng dụng to lớn ngành vật liệu, sản xuất hàng tiêu dùng,… - Công nghệ nano ngành công nghệ mũi nhọn tương lai Ứng dụng chúng to lớn, cải thiện sâu rõ đời sống người có ảnh hưởng sâu sắc khoa học kỹ thuật Từ ứng dụng thực tiễn phát triển công nghệ này, tin tưởng khả phát triển ứng dụng tương lai to lớn so với mà ngày đạt Điều tạo cho ta sức mạnh, niềm tin để tiếp tục nghiên cứu, đầu tư cho công nghệ GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Thủy 121 SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano ứng dụng Sự phát triển vấn đề tương lai hướng tiếp tục nghiên cứu tác giả Với phát triển mạnh mẽ, bùng nổ công nghệ nano ngày nay, hẳn tương lai công nghệ nano đạt thành tựu to lớn Chúng em – người thực đề tài cố gắng cập nhật thông tin phát triển công nghệ nano để hiểu biết chúng ngày hoàn thiện Đồng thời giáo dục THPT, chúng em lồng ghép vấn đề vào chương trình, giúp em học sinh hiểu biết, yêu thích trở thành công dân trẻ Việt Nam học tập, nghiên cứu công nghệ nano tương lai Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập nghiên cứu GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Thủy 122 SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy [...]... số cấu tử nano [15] GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Thủy 11 SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano và những ứng dụng Hình 1.1 Kích thước vật liệu nano và tế bào [15] 1.3.1.2 Phân biệt công nghệ nano và khoa học nano [23] - Khoa học nano là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tượng và sự can thiệp (manipulation) vào vật liệu tại các quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân...LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano và những ứng dụng - Mihail C Roco thuộc hội đồng Khoa học và công nghệ nano của Mỹ cũng đã đưa ra một định nghĩa mang tính chất hạn chế Theo định nghĩa này, công nghệ nano chỉ còn liên quan tới các vật liệu và hệ thống có các tính chất sau: [9]  Ít nhất theo một chiều chúng cũng phải có độ lớn nằm giữa một và một trăm nanomet  Chúng được tạo ra bởi những quá trình... khoảng 50 nm  Sử dụng khuôn PDMS như dụng cụ đúc khuôn - Phương pháp này sử dụng khuôn PDMS như dụng cụ đúc khuôn - Các bước tiến hành GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Thủy 28 SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano và những ứng dụng + Khuôn PDMS sẽ được đặt lên một bề mặt cứng rồi đổ lên đó một chất lỏng polymer, chất này chảy vào các khe giữa bề mặt và những chỗ lõm trong... SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano và những ứng dụng ra khỏi quantum dot để làm mức Fecmi bị hạ xuống Quá trình này cứ diễn ra như vậy và electron chỉ có thể chui vào quantum dot từng hạt một 1.3.4 Công nghệ chế tạo nano Vật liệu nano được chế tạo bằng hai phương pháp: phương pháp từ trên xuống (topdown) và phương pháp từ dưới lên (bottom-up) - Phương pháp... Thủy 35 SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano và những ứng dụng  Phún xạ magnetron Là kỹ thuật phún xạ (sử dụng cả với xoay chiều và một chiều) cải tiến từ các hệ phún xạ thông dụng bằng cách đặt bên dưới bia các nam châm Từ trường của nam châm có tác dụng bẫy các điện tử và ion lại gần bia và tăng hiệu ứng ion hóa, tăng số lần va chạm giữa các ion, điện tử với... nên những vết ố trong cấu trúc và linh kiện sản xuất + Có thể chế tạo các cấu trúc nano từ những vật liệu hoàn toàn khác nhau, thậm chí từ cả những phân tử hữu cơ phức tạp rất cần thiết đối với những nghiên cứu sinh học và không chỉ trên mặt phẳng mà còn trên cả mặt cong - Nhược điểm GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Thủy 29 SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano và những ứng. .. Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano và những ứng dụng bị ăn mòn Những cấu trúc cảm quang còn lại được gọi là các “đảo cảm quang” trên nền silic và nó sẽ được sử dụng như là các khuôn mẫu + Đổ lên khuôn mẫu này một lớp chất PDMS PDMS là chất lỏng dễ chảy rồi đông cứng trên khuôn Khuôn PDMS hình thành thể hiện trung thực các đường nét lồi lõm chỉ cao vài nanomet của khuôn gốc  Phương... chỉ quét được các hạt nano mà còn dịch chuyển và sắp xếp nó vào những khuôn mẫu nhất định - Nếu ta gia tăng cường độ dòng điện chảy qua đầu nhọn tới mức máy biến thành một nguồn phát tia điện tử cực nhỏ, thì qua đó chúng ta cũng “ghi’ được các cấu trúc nano GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Thủy 30 SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano và những ứng dụng - Ngoài ra bằng đầu... kính và mặt nạ không có khả năng chịu được loại bức xạ có năng lượng cao trong khoảng thời gian dài mà không bị phá hủy, phương pháp này lại không cung cấp cho ta những cấu trúc nano rẻ GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Thủy 26 SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano và những ứng dụng + Phương pháp này vẫn đang được các nhà nghiên cứu kiên trì theo đuổi vì khả năng ứng dụng. .. hiệu ứng này, các trạng thái electron cũng như các trạng thái dao động trong hạt nano bị lượng tử hóa Điều này sẽ quyết định tính chất điện và quang nói riêng, tính chất Vật lí và Hóa học nói chung của cấu trúc đó Hình 1.2 Vật liệu khối, màng mỏng, dây lượng tử, chấm lượng tử GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Thủy 14 SVTH: Trần Thị Ngọc Phương Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano và những ứng dụng ... LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano ứng dụng PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ VỀ CÔNG NGHỆ NANO 1.1 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ SỰ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ NANO 1.1.1 Lịch sử hình thành Công nghệ nano. .. NGHỆ NANO 1.3.1 Khái niệm công nghệ nano 1.3.1.1 Công nghệ nano gì? - Định nghĩa: Công nghệ nano, ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo ứng dụng cấu trúc, thiết bị hệ... Nguyễn Như Sơn Thủy LVTN: Tìm hiểu công nghệ nano ứng dụng Hình 1.1 Kích thước vật liệu nano tế bào [15] 1.3.1.2 Phân biệt công nghệ nano khoa học nano [23] - Khoa học nano ngành khoa học nghiên