Vật lý nano và ứng dụng

Lịch sử hình thành phát triển khoa học công nghệ Nano Giới thiệu nano Lịch sử Về việc đề xuất thiết bị kích thước thu nhỏ  Richard Feynman (1918-1988, giải Nobel Vật lý 1965) thiên tài vật lý  Năm 1959 đề xuất ý kiến chế tạo thiết bị có kích thước thu nhỏ Lịch sử Thuật ngữ Nano Năm 1974, thuật ngữ công nghệ nano lần Norio Taniguchi sử dụng Lịch sử Thiết bị khảo sát nguyên tử Năm 1981, kính hiển vi chui hầm quét (Scanning Tunnelling Microscopy – STM) phát minh cho phép thấy nguyên tử (Nobel Vật lý 1986) Lịch sử Các nhà khoa học khảo sát C60 Giải thưởng Nobel hóa học 1996 Lịch sử khảo sát C60 • Năm 1985, Harold Kroto, Robert Curl Richard Smalley đại học Rice khám phá Fullerene (C60) có cấu trúc bóng đường kính 0,7nm, bề mặt bóng hình gồm cạnh cạnh gồm nguyên tử C ghép lại Lịch sử Vật liệu Nano • • 1990 hội nghị quốc tế đầu tiền vật liệu nano tổ chức Califonia, Mỹ 1991, Sumio Iijima phát minh ống nano cacbon Tổng quan ứng dụng Y tế Thực Công nghệ phẩm nano May mặc Điện tử Lý thuyết • Khoa học công nghệ Nano Có phương thức để chế tạo vật liệu nano: – Top-down ( phương pháp từ xuống): chia nhỏ hệ thống lớn để tạo đơn vị kích thước nano phương pháp nghiền – biến dạng – Bottom – up ( phương pháp từ lên): Phương pháp ghép cát hạt nguyên tử - phân tử để thu hạt có kích thước nano gồm phương pháp hóa học sol – gel, lắng đọng hóa học, phương pháp tự lắp ghép ( self – assembly) Hai nguyên lý công nghệ nano Phương Pháp từ lên • DNA công nghệ nano sử dụng đặc trưng Watson-Crick sở ghép đôi để xây dựng cấu trúc rõ ràng khỏi DNA axit nucleic khác • Phương pháp tổng hợp hóa học (tổng hợp vô hữu cơ) nhằm mục đích thiết kế phân tử với hình dạng xác định rõ Mô hình Cấu trúc nano DNA tứ diện Mỗi cạnh tứ diện 20 cặp DNA xoắn đỉnh nhánh nối chia Phương pháp từ xuống • • Kỹ thuật trạng thái rắn sử dụng để tạo thiết bị gọi hệ thống điện nano hay NEMS, có liên quan đến hệ thống vi điện tử MEMS Chùm ion hội tụ trực tiếp loại bỏ vật chất, chí gửi vật chất loại khí tiền chất thích hợp áp dụng đồng thời Ví dụ, kỹ thuật sử dụng thường xuyên để tạo phần phụ 100 nm chất liệu để phân tích kính hiển vi điện tử truyền qua • Một tính chất quan trọng cấu trúc nano phụ thuộc vào kích thước Vật chất dạng vi thể (nano size) có tính chất mà vật chất dạng nguyên thể (bulk) thấy Nguyên nhân hiệu ứng bề mặt kích thước tới hạn vật liệu nano: – Hiệu ứng bề mặt: kích thước nano, tỉ lệ nguyên tử bề mặt thường lớn so với tổng thể tích hạt Các nguyên tử bề mặt đóng vai trò tầm hoạt động vật liệu nano thường có hoạt tính hóa học cao – Kích thước tới hạn: Các tính chất vật lý – hóa học tính chất điện – từ - quang có kích thước tới hạn vật liệu tức vật có kích thước mức không tuân theo với vật liệu vĩ mô thường gặp Hiện liên hệ tính chất vật chất kích thước chúng tuân theo "định luật tỉ lệ" (scaling law) Những tính chất vật chất, chẳng hạn nhiệt độ nóng chảy kim loại, từ tính chất rắn (chẳng hạn tính sắt từ tượng từ trễ), vùng cấm chất bán dẫn (semiconductor) phụ thuộc nhiều vào kích thước tinh thể thành phần, miễn chúng nằm giới hạn kích thước nanomet Hầu hết thuộc tính vật rắn kết hợp với kích thước đặc biệt, duới kích thước tính chất vật chất thay đổi • VÍ dụ: Chấm lượng tử (quantum dots) hạt vật chất có kích thuớc nhỏ tới mức việc bỏ thêm hay lấy electron làm thay đổi tính chất theo cách Do hạn chế không gian (hoặc giam hãm) electron lỗ trống vật chất hiệu ứng lượng tử xuất phát làm cho tính chất vật chất thay đổi hẳn Khi ta kích thích chấm lượng tử, chấm nhỏ lượng cường độ phát sáng tăng Vì mà chấm lượng tử cửa ngõ cho hàng loạt áp dụng kỹ thuật Hình ảnh mô tả phát sáng chấm lượng tử Các thiết bị dùng nghiên cứu quan sát cấu trúc nano • Một thiết bị sử dụng nhiều công nghệ nano kính hiển vi quét sử dụng hiệu ứng đường ngầm (Scanning Tunneling Microscope - STM) Nó chủ yếu bao gồm đầu dò cực nhỏ quét bề mặt Tuy nhiên, đầu dò cách bề mặt vật cần quan sát vào khoảng vài nguyên tử đầu dò có cấu trúc tinh vi (kích thuớc cỡ chừng khoảng vài phân tử nguyên tử), cho hiệu ứng lượng tử xảy Khi đầu dò quét bề mặt, hiệu ứng đường ngầm, điện tử vượt qua khoảng không gian bề mặt vật liệu đầu dò Kỹ thuật làm cho máy tính xây dựng phóng đại hình ảnh phân tử nguyên tử vật chất • Ngoài số thiết bị khác như: SEM (Scanning Electron Microscopy), TEM (Transmission Electron Microscopy), Electron microsopy, NMR (nuclear magnetic resonance) spectroscopy Sơ đồ kính hiển vi quét đầu dò SPM hay STM Ứng dụng công nghệ Nano Nano ngành dệt may mặc Công nghệ Nano ứng dụng ngăn vết bẩn kháng khuẩn Hiệu ứng sen Lá sen với sợi lông kích thước Nano bề mặt, không thấm nước, chất lỏng keo hồ Lớp phủ Nano lên vải tương tự cấu trấu sợi lông bề mặt sen Bề mặt vải không thấm nước dung dịch bẩn Thêm phân tử nano bạc vào vải tạo điểm kháng khuẩn Không cho tất bốc mùi, vùng cánh tay Dùng làm gối loại vải diệt khuẩn Phân tử nano bạc giữ cho chúng http://www.nanoandme.org/nano-products/textiles-and-clothing/ Nano nông nghiệp Trồng trọt chăn nuôi Xử lý bảo quản thực phẩm Cung cấp dinh dưỡng Ứng dụng công nghệ nano sản xuất phân bón lá, thuốc trừ nấm bệnh cho trồng Túi Nilon phủ Nano diệt khuẩn Các bột kích nước Nano làm tăng khả hấp thụ Hai nguyên tố tiếp cận dạng nano Thùng phủ lớp Nano, đựng thực phẩm chất dinh dưỡng tế bào nano bạc (Ag) nano đồng (Cu) Tủ lạnh phủ Nano Ag trữ thực phẩm Các hạt Vitamin kích thước Nano phun vào Hai nguyên tố có tính chất kháng khuẩn mạnh Sử dụng cảm biến Nano theo dõi nhiệt độ, hấp thụ tốt mạnh chia tách thành hạt nước thực phẩm có kích thước Nano Các cảm biến công nghệ Nano ứng dụng chăn nuôi trồng trọt Ứng dụng can thiệp DNA giống trồng tăng suất, kháng sâu bệnh http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=37064.php Y học Nano-Nanomedical Nghiên cứu sử dụng hạt nano vàng để chống lại nhiều loại Khối u ung thư Các hạt nano vàng đưa đến khối u, sau chúng tăng nhiệt độ tia laser hồng ngoại chiếu từ bên để tiêu diệt khối u Vỏ nano Robot Nano kích thước siêu nhỏ, vào thể đưa thuốc đến phận cần thiết Nanorobott Hơn số Robot Nano can thiệp sửa chữa nhân tế bào( nhiễm sắc thể DNA) http://www.understandingnano.com/medicine.html Hạn chế phẫu thuật https://vi.wikipedia.org/wiki/C%C3%B4ng_ngh%E1%BB%87_nano R A F Jr., "Journal of Evolution and Technology," The Ideal Gene Delivery Vector: Chromallocytes, Cell Repair Nanorobots for Chromosome Replacement Therapy, vol 16, no 1, p 3, June 2007 Nano xây dựng Sử dụng bột nano sợi nano làm phụ gia sản xuất bê tông giúp tính bê tông tăng lên, tăng chất lượng công trình Thép nano - vật liệu chế tạo xe tương lai GM Loại vật liệu với đặc tính có không hai, cứng lại dễ định hình thép truyền thống Ngoài có loại vật liệu khác như: Gỗ Nano, Kính Nano, Các lớp bao phủ Nano nhìn chung vật liệu Nano bền nhẹ so với vật liệu truyền thống http://vnexpress.net/tin-tuc/oto-xe-may/tu-van/thep-nano-vat-lieu-che-tao-xe-tuong-lai-cua-gm-2239255.html http://vietq.vn/be-tong-nano-voi-cac-tinh-nang-sieu-viet-tang-chat-luong-cho-cong-trinh-mai-d87599.html Nano lĩnh vực máy tính & điện tử Công nghệ Nano ngày xuất nhiều thiêt bị điện tử điện thoại di động, máy tính số thiệt bị công nghệ cao Công nghệ Nano giúp tăng tốc độ, tăng dung lượng giảm giá thành sản phẩm Xử lý nhân lõi X2 VIA's Nano Vào năm 2007 giải Nobel vật lý, khám phá vật liệu kỳ lạ xem từ điện trở lớn (GMR) Hiện tượng GMR xảy lớp mỏng kim loại khác Dẫn đến việc ứng dụng đọc liệu ổ cứng độ phân giải cao Mở đường cho ổ cứng 100 GB GMR xem ứng dụng công nghệ Nano Công cụ Nano giảm kích thước chip tăng tốc độ xử lý Pin sạc nhanh hơn, đầy phút http://www.channelregister.co.uk/2011/05/16/via_quadcore_x4_chip/ Sơn Nano Chống bám nước, bám bụi: khả mà Nano có Sau phủ Nano nước không chảy loang bề mặt sơn mà đọng giọt nhỏ hay gọi hiệu ứng sen Khả chống bám bụi cần rửa xe nước mà không cần dùng chất tẩy rửa Không làm hỏng sơn: số loại Nano sau phủ thời gian gây vết nứt chân chim bề mặt sơn Ngăn vi khuẩn bám lên bề mặt đồ vật http://www.nanoandme.org/nano-products/paints-and-coatings/ https://tinhte.vn/threads/su-that-ve-tac-dung-cua-viec-phu-nano-cho-xe-may.2123172/ Vật lý Nano-Chấm lượng tử-Giếng lượng tử Các nhà nghiên cứu nghiên cứu ứng dụng cho chấm lượng tử Transistor, tế bào quang điện mặt trời, đèn LED, Laser Diode Chấm lượng tử thương mại hóa sản phẩm sử dụng chúng dòng Sony XBR X900A TV hình phẳng tung vào năm 2013 Giếng lượng tử Ứng dụng chế tạo Laser Diode máy DVD, nguồn phát mạng cáp quang, bút laser Chế tạo nhận biết hồng ngoại, dựa tảng giếng lượng tử dùng để chế tạo công nghệ ảnh nhiệt [...]...VẬT LÝ NANO Vật lý nano: ngành khoa học nghiên cứu về chức năng – tương tác giữa các đối tượng ở cấp nano để hiểu các quá trình vật lý, hóa học và các thuộc tính sinh học cơ bản → tạo tiền đề ứng dụng phát triển công cụ, thiết kế các loại vật liệu chức năng với các ứng dụng trong công nghệ, sinh học và y học • • Khoa học nano: khoa học nghiên cứu vật chất ở kích thước cực kỳ nhỏ - kích thước nanomet... chiều có kích thước nanomet • Các vật liệu nano như nanopillars trong pin năng lượng mặt trời với chi phí rẻ hơn cũng như chất lượng sẽ tốt hơn so với sử dụng các tế bào silicon truyền thống • • vật liệu nano cũng có thể được sử dụng cho những ứng dụng cần số lượng lớn; hầu hết đều đã xuất hiện trên các ứng dụng thương mại Phát triển các ứng dụng kết hợp các hạt nano bán dẫn lại ứng dụng trong công nghệ... trời và hình ảnh sinh học Một số ứng dụng gần đây của vật liệu nano đã được áp dụng vào y sinh học, chẳng hạn như kỹ thuật mô, phân phối thuốc, và cảm biến sinh học So sánh kích thước của vật liệu nano Mối liên hệ giữa khoa học nano và công nghệ nano Có 2 phương thức cơ bản để chế tạo vật liệu nano: – Top-down ( phương pháp từ trên xuống): chia nhỏ một hệ thống lớn để tạo ra được đơn vị kích thước nano. .. quét đầu dò SPM hay STM Ứng dụng công nghệ Nano Nano trong ngành dệt và may mặc Công nghệ Nano được ứng dụng ngăn các vết bẩn và kháng khuẩn Hiệu ứng lá sen Lá sen với các sợi lông kích thước Nano trên bề mặt, không thấm nước, chất lỏng và keo hồ Lớp phủ Nano lên vải tương tự như cấu trấu các sợi lông bề mặt lá sen Bề mặt vải không thấm nước và dung dịch bẩn Thêm phân tử nano bạc vào vải tạo ra các điểm... nước của thực phẩm có kích thước Nano Các cảm biến công nghệ Nano được ứng dụng trong chăn nuôi và trồng trọt Ứng dụng can thiệp DNA các giống cây trồng tăng năng suất, kháng sâu bệnh http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=37064.php Y học Nano- Nanomedical Nghiên cứu sử dụng hạt nano vàng để chống lại nhiều loại Khối u ung thư Các hạt nano vàng được đưa đến khối u, sau đó chúng được tăng nhiệt độ bằng... tính và một số thiệt bị công nghệ cao Công nghệ Nano giúp tăng tốc độ, tăng dung lượng và giảm giá thành sản phẩm Xử lý 2 nhân lõi X2 VIA's Nano Vào năm 2007 giải Nobel về vật lý, khám phá ra vật liệu kỳ lạ được xem như là từ điện trở lớn (GMR) Hiện tượng GMR xảy ra giữa các lớp mỏng của các kim loại khác nhau Dẫn đến việc ứng dụng đọc dữ liệu trên ổ cứng độ phân giải cao Mở ra con đường cho ổ cứng... tiên ở dạng nano Thùng phủ lớp Nano, đựng thực phẩm chất dinh dưỡng của tế bào là nano bạc (Ag) và nano đồng (Cu) Tủ lạnh phủ Nano Ag trữ thực phẩm Các hạt Vitamin kích thước Nano phun vào được Hai nguyên tố có tính chất kháng khuẩn mạnh và Sử dụng các cảm biến Nano theo dõi nhiệt độ, hơi hấp thụ tốt hơn càng mạnh hơn khi nó được chia tách thành các hạt nước của thực phẩm có kích thước Nano Các cảm... dưới cánh tay Dùng làm gối và các loại vải diệt khuẩn Phân tử nano bạc giữ cho chúng luôn sạch sẽ http://www.nanoandme.org /nano- products/textiles-and-clothing/ Nano trong nông nghiệp Trồng trọt chăn nuôi Xử lý bảo quản thực phẩm Cung cấp dinh dưỡng Ứng dụng công nghệ nano sản xuất phân bón lá, thuốc trừ nấm bệnh cho cây trồng Túi Nilon phủ Nano diệt khuẩn Các bột kích nước Nano làm tăng khả năng hấp... Repair Nanorobots for Chromosome Replacement Therapy, vol 16, no 1, p 3, June 2007 Nano trong xây dựng Sử dụng bột nano và sợi nano làm phụ gia trong sản xuất bê tông giúp tính năng của bê tông tăng lên, tăng chất lượng công trình Thép nano - vật liệu chế tạo xe tương lai của GM Loại vật liệu với đặc tính có một không hai, cứng hơn nhưng lại dễ định hình hơn thép truyền thống Ngoài ra còn có các loại vật. .. khác như: Gỗ Nano, Kính Nano, Các lớp bao phủ Nano nhìn chung thì vật liệu Nano bền hơn và nhẹ hơn so với vật liệu truyền thống http://vnexpress.net/tin-tuc/oto-xe-may/tu-van/thep -nano- vat-lieu-che-tao-xe-tuong-lai-cua-gm-2239255.html http://vietq.vn/be-tong -nano- voi-cac-tinh-nang-sieu-viet-tang-chat-luong-cho-cong-trinh-mai-d87599.html Nano trong lĩnh vực máy tính & điện tử Công nghệ Nano ngày càng