240 p42 45 Tu nhan cua su thong thai

KHOA HỌC & PHÁT TRIỂN “Tù nhân” thông thái GS Trương Văn Tân Việc khám phá bóng đá fullerene C60 vào năm 1985 Harold Kroto, Robert Curl Richard Smalley việc tái phát ống than nano Sumio Iijima vào năm 1991 hai kiện tình cờ khoa học mở kỷ nguyên nghiên cứu khoa học công nghệ Hai loại vật liệu nano hữu chi lưu quan trọng hòa nhập vào dòng thác "cơng nghệ nano" manh nha vào thập niên 80 kỷ trước 42 Bản tin Đại học Quốc gia Hà Nội T háng 12/2010, Viện Hàn lâm Khoa học Thụy Điển trao giải Nobel Vật lý cho cơng trình nghiên cứu graphene hai nhà khoa học người Anh gốc Nga, Andre Geim Konstantin Novoselov (Đại học Manchester, Anh quốc) Graphene lớp than chì (graphite) Từ lâu, người ta biết rõ cấu trúc lớp (layered structure) than chì, giá rẻ nên khơng biết làm dùng làm lõi bút chì Geim Novoselov dùng thao tác nano đơn giản cách áp băng keo lên than chì KHOA HỌC & PHÁT TRIỂN để tách mảng graphene Việc tách rời lớp graphene từ than chì cho ngành vật liệu học vật liệu nano carbon hai thứ nguyên với độ dày nguyên tử Tầm quan trọng ứng dụng graphene việc mở rộng chân trời nghiên cứu vật lý lý thuyết có lẽ hai ngun nhân việc trao giải Nobel cho Geim Novoselov, hai ông chế tạo graphene vào năm 2004 Như vậy, phần tư kỷ qua carbon trở nên vật liệu quan trọng với giải Nobel Hóa học (1996) cho fullerene, giải Nobel Vật lý (2010) cho graphene, loại vật liệu nano kim loại hay bán dẫn thiết kế chế tạo mức độ phức tạp đa chưa thấy lịch sử khoa học Hệ có hàng ngàn báo cáo khoa học đăng tạp chí chuyên ngành, hàng ngàn đăng ký phát minh xuất tiếp tục gia tăng theo số lũy thừa Việc khám phá graphene với tính chất đặc thù vật liệu nano hai thứ nguyên gia tăng hào hứng nỗ lực nghiên cứu lẫn ứng dụng Trong nhìn nhà vật lý, có đủ toàn vật liệu nano từ hạt nano (chấm lượng tử) với zero thứ nguyên, ống than nano thứ nguyên graphene hai thứ nguyên để thực chứng tượng tiên đoán từ lý thuyết vật lý nhiều năm qua Nhưng ứng dụng thực tiễn sản phẩm nano sao? Sau 25 năm nghiên cứu với tổng kinh phí vượt qua mốc trăm tỷ la, chưa kể chi phí xây dựng hạ tầng sở cho viện nghiên cứu, cộng với tài sản trí tuệ hàng ngàn nhà nghiên cứu Đã đến lúc người ta đặt câu hỏi kho tàng trí tuệ đem ứng dụng thành thương phẩm phục vụ người làm giàu cho kinh tế quốc gia Liệu cơng nghệ nano có phải gà đẻ trứng vàng tạo đợt sóng thần cách mạng công nghệ nhà nghiên cứu doanh nghiệp kỳ vọng? Tại hội nghị khoa học hay báo cáo, nhà khoa học có thói quen dự phóng, chí cường điệu tiềm ứng dụng phát có lẽ để kích thích lắng nghe nhà tài trợ Họ xuất báo tạp chí có số ảnh hưởng cao (high impact factor) giáo sư đạo có nhiều hội tìm thêm kinh phí Trước khám phá khoa học, doanh nhân có nhìn khác, sâu sắc lạnh lùng Một doanh nhân tuyên bố: "Một phát minh cần phải 10 lần tốt 10 lần rẻ sản phẩm có có hội xuất thương trường" Sự sống doanh nghiệp tùy vào thỏa mãn khách hàng lòng hoan hỉ chủ cổ đơng Từ phòng thí nghiệm đến sàn chứng khoán đường dài cho phát minh buộc phải bị chôn sống đường Công nghệ nano không nằm ngồi quy luật thương mại Thêm vào ta tìm thấy trì trệ việc thương phẩm hóa vật liệu nano gây từ nguyên nhân sau: đa dạng vật liệu nano, đa dạng ứng dụng, cạnh tranh giá cả, hiệu Số 240 - 2011 43 KHOA HỌC & PHÁT TRIỂN phương pháp sản xuất vật liệu "cổ điển" có thương trường vấn đề an tồn sức khoẻ độc tính vật liệu nano Ta hình dung công nghệ nano người vào tuổi trung niên có đầu bách khoa to tứ chi chậm phát triển, có mầm bệnh lại thêm tính gàn dở muốn làm nhiều việc lúc! Nói xem chừng q ngơn đa dạng vật liệu nano với nhiều ứng dụng đa ngành từ vật lý đến sinh y học, từ điện tử học đến hóa học làm chậm tiến trình thương phẩm hóa Nền cơng nghệ nano trở thành tù nhân thơng thái Ống than nano có tính tuyệt vời, cứng thép lần, bền thép 160 lần lại nhẹ thép gần lần Có thể nói ống than nano có tính cao so với vật liệu người ta biết từ trước đến Cần phải nhấn mạnh tính ống than riêng lẻ Gia cường 44 Bản tin Đại học Quốc gia Hà Nội loại polymer/epoxy đề tài nghiên cứu quan trọng ứng dụng công nghiệp từ nhiều thập niên Việc triển khai composite polymer/epoxy ống than nano hướng tất nhiên lĩnh vực gia cường Trải nghiệm ngày cho ta biết đồ gia dụng polymer (plastic) tiện lợi giá rẻ, dễ chế biến, nhẹ giòn, dễ gãy nứt Poly (methylmethacrylate), loại plastic gia dụng suốt kính, cần % ống than nano đủ làm tăng tính polymer nhiều lần Người ta chế tạo áo giáp với composite ống than nano với cường độ bảo vệ lớn nhiều lần so với áo giáp Kevlar có Trên thực tế, ống than nano khơng hữu ống riêng lẻ mà nhiều ống dính vào thành cụm hay bó Trong q trình sản xuất, kết tập ống thành cụm hay bó xảy cách tự nhiên ống có diện tích bề mặt lớn nên lực van der Waals tạo sức hút hữu hiệu ống Tiếc rằng, độ cứng (môđun Young) cụm 1/10 độ bền lúc 1/100 trị số ống nano tạo thành Việc gia cường với ống than nano cần phải có ống riêng lẻ Vì vậy, thành bại composite polymer ống than nano tùy thuộc vào cách tinh chế, gỡ rối cụm, bó ống nano phân tán hiệu ống nano chất Cho đến (2010), chưa có phương pháp hữu hiệu để tách ống than nano hoàn toàn thành ống riêng lẻ Cơ tính tuyệt vời ống chưa tận dụng composite gia cường ống than nano chưa sản phẩm thương trường Một ứng dụng lớn khác ống than nano công nghiệp điện tử Những công ty tầm cỡ IBM (Mỹ), Samsung (Hàn Quốc), NEC (Nhật Bản) đầu tư nghiên cứu sử dụng ống than vào dụng cụ điện tử Ống than mang đặc tính dẫn điện đạn đạo (electrical ballistic conduction), nghĩa nhờ vào hình dạng ống electron di chuyển tự mà không bị va chạm vào thành ống, nhờ việc phát nhiệt giảm thiểu tối đa Độ dẫn điện ống điều chỉnh từ mức bán dẫn đến kim loại IBM tận dụng đặc tính để chế tạo transistor ống nano Vật liệu transistor chất bán dẫn silicon Cột sống dụng cụ điện tử, máy tính cơng nghệ tin học transistor silicon Trong vòng 40 năm ngày nay, transistor silicon thu nhỏ vài chục triệu lần giá chế tạo transistor giảm triệu lần Nếu giá xe có độ giảm giá giống transistor ngày hơm ta mua xe với giá vài xu! Hiện nay, transistor "Penryn" hãng Intel chế tạo từ nguyên tố silicon hafnium có kích thước 45 nanomét transistor nhỏ thương trường Transistor nhỏ đến mức KHOA HỌC & PHÁT TRIỂN người ta xếp 2000 transistor khoảng khơng gian dày đường kính sợi tóc Kỹ thuật sản xuất chip vi tính phát triển đến mức tỷ transistor chip chiếm diện tích vài cm2 Theo luồng chế biến này, người ta dự đốn transistor silicon với kích cỡ 16 nanomét tung thương trường vào năm 2018 Khi transistor nhỏ, ta gia tăng số transistor làm dụng cụ linh hoạt, chức cao, kích thước mỏng, nhỏ gọn gàng Từ ưu điểm này, đòi hỏi thu nhỏ kích thước transistor mãnh liệt Tuy nhiên, thu nhỏ transistor silicon vượt mức nhỏ 10 nanomét Nhưng cơng trình nghiên cứu IBM nhóm nghiên cứu khác 15 năm qua cho thấy transitor ống than nano vượt qua mốc 10 nanomét Gần đây, graphene nhập Năm 2008, nhóm Manchester Geim Novoselov chế tạo transistor graphene kích cỡ nanomét Có thể kích cỡ nhỏ tận transistor Rõ ràng đột phá mang tính hàn lâm Sẽ lâu transistor ống nano hay graphene thay transistor silicon vấn đề kỹ thuật giá Nhân loại chờ đợi cách mạng hóa trị xạ trị ung thư Đã có nhiều báo cáo việc tổng hợp loại hạt nano "thơng minh" cảm nhận tế bào ung thư, có khả tải thuốc nhả thuốc công vào tế bào Hạt nano tải thuốc phải tương thích với thể người tự phân hủy hoàn thành nhiệm vụ mà không sinh độc tố Đây hai yếu tố tiên cho việc chấp nhận dược phẩm trị liệu "Cục quản lý thực phẩm dược liệu" (Food and Drug Administration, FDA) phủ Mỹ chấp nhận cho phổ biến hạt nano liposome albumin, vốn phân tử sinh học tương thích với thể tự đào thải Vấn đề an toàn sức khỏe độc tính vật liệu nano trở thành mối quan tâm hàng đầu phủ doanh nghiệp Nó luồng nước ngầm nguy hiểm cuồn cuộn chảy dòng sơng êm đềm lấp lánh ánh hào quang Khả gây ung thư ống than nano kiện hạt nano titanum dioxide kem chống nắng phá hỏng não chuột phần gây quan ngại cộng đồng nghiên cứu khoa học Hiện trạng nghiên cứu công nghệ nano hai mặt mâu thuẫn Một nghiên cứu mang tính hàn lâm, phát đặc tính điện tử, quang điện tử lượng tử vật liệu nano không suy giảm dù thời gian kéo dài 25 năm Sau giải Nobel, Novoselov cao hứng tuyên bố: "Graphene mỏ vàng nghiên cứu Nó kéo dài bất tận" Mặt vướng mắc kỹ thuật đề cập trên, làm trì hỗn dự án sản xuất đại trà sản phẩm nano khiến cho công nghệ nano nhấp nhơ gợn sóng lăn tăn mặt hồ thu sóng thần đại dương làm khuynh đảo giới Số 240 - 2011 45 ... dựng hạ tầng sở cho viện nghiên cứu, cộng với tài sản trí tu hàng ngàn nhà nghiên cứu Đã đến lúc người ta đặt câu hỏi kho tàng trí tu đem ứng dụng thành thương phẩm phục vụ người làm giàu cho... hiệu Số 240 - 2011 43 KHOA HỌC & PHÁT TRIỂN phương pháp sản xuất vật liệu "cổ điển" có thương trường vấn đề an tồn sức khoẻ độc tính vật liệu nano Ta hình dung công nghệ nano người vào tu i trung... tính tuyệt vời ống chưa tận dụng composite gia cường ống than nano chưa sản phẩm thương trường Một ứng dụng lớn khác ống than nano công nghiệp điện tử Những công ty tầm cỡ IBM (Mỹ), Samsung (Hàn