CÔNG NGHỆ NANO CÁC ỨNG DỤNG MỚI CỦA CÔNG NGHỆ NANO

Hiện trạng nghiên cứu và ứng dụng của công nghệ nano là hai mặt mâu thuẫn. Một mặt, nghiên cứu cơ bản mang tính hàn lâm, các phát hiện mới về đặc tính điện tử, quang điện tử và lượng tử của vật liệu nano vẫn không suy giảm dù thời gian đã kéo dài 25 năm. Khám phá ra graphene lại bùng ra một cao trào mới, nhất là sau khi được giải Nobel Vật lý 2010, Konstantin Novoselov cao hứng tuyên bố: “Graphene là một mỏ vàng nghiên cứu. Nó sẽ kéo dài mãi như bất tận”. Mặt khác, các vướng mắc kỹ thuật và quan ngại về an toàn làm trì hoãn các dự án sản xuất đại trà sản phẩm nano khiến cho nền công nghệ nano hiện tại nhấp nhô như những gợn sóng lăn tăn trên mặt hồ thu hơn là những ngọn sóng thần đại dương làm khuynh đảo thế giới. Việc khám phá ra cấu trúc quả cầu carbon (fullerene C60) vào năm 1985 của Harold Kroto, Robert Curl và Richard Smalley và việc tái phát hiện ống than nano của Sumio Iijima vào năm 1991 là hai sự kiện tình cờ trong khoa học nhưng đã mở ra một kỷ nguyên mới của nghiên cứu khoa học và công nghệ. Hai loại vật liệu nano hữu cơ này như một chi lưu quan trọng hòa nhập vào dòng thác “công nghệ nano” manh nha vào thập niên 80 của thế kỷ trước. Cùng với sự phát triển fullerene và ống than nano, các nhà vật liệu học và hóa học đã tổng hợp và tinh chế các loại hạt nano kim loại, hạt nano bán dẫn hay hữu cơ với một kích thước đồng nhất từ 1 đến 100 nanomét 1. Ngoài ra, bề mặt của fullerene, ống than nano và các loại hạt nano được “trang bị” với các nhóm chức, polymer có khả năng cảm quang, cảm nhiệt để chế tạo bộ cảm ứng hóa học, sinh học, sóng điện từ, linh kiện điện tử, quang điện tử; hay với phân tử dược cho việc trị liệu ung thư. Phải nói đây là một thành tựu nổi bật trong ngành hóa tổng hợp và vật liệu học.

MỤC LỤC MỤC LỤC TIỀM NĂNG ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ NANO? .2 CÁCH MẠNG NANO TRONG ỨNG DỤNG Y SINH HỌC 11 Vật liệu nano công nghệ chế tạo lốp xe 13 PHÁT MINH MÁY THĂM DÒ NANO TRONG CHỮA TRỊ UNG THƯ 14 CÔNG NGHỆ NANO VÀ CUỘC CÁCH MẠNG XANH: NHỮNG LỢI ÍCH VỀ MƠI TRƯỜNG 15 ỨNG DỤNG CÔNG NGHÊ NANO TRONG TƯƠNG LAI 17 CÔNG NGHỆ NANO:TRIỂN VỌNG CHO NHỮNG NƯỚC NGHÈO 18 ĐỘC TỐ CỦA HỢP CHẤT NANO 20 TIỀM NĂNG ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ NANO? Hiện trạng nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano hai mặt mâu thuẫn Một mặt, 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 Khám phá graphene lại bùng cao trào mới, sau giải Nobel Vật lý 2010, Konstantin Novoselov cao hứng tuyên bố: “Graphene mỏ vàng nghiên cứu Nó kéo dài bất tận” Mặt khác, vướng mắc kỹ thuật quan ngại an toàn 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 Việc khám phá cấu trúc cầu carbon (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 Cùng với phát triển fullerene ống than nano, nhà vật liệu học hóa học tổng hợp tinh chế loại hạt nano kim loại, hạt nano bán dẫn hay hữu với kích thước đồng từ đến 100 nanomét [1] Ngoài ra, bề mặt fullerene, ống than nano loại hạt nano “trang bị” với nhóm chức, polymer có khả cảm quang, cảm nhiệt để chế tạo cảm ứng hóa học, sinh học, sóng điện từ, linh kiện điện tử, quang điện tử; hay với phân tử dược cho việc trị liệu ung thư Phải nói thành tựu bật ngành hóa tổng hợp vật liệu học Từ lý thuyết tới thực tế Tháng 12 năm 2010, Viện Hàn lâm Khoa học Thụy Điển trao giải Nobel Vật lý cho công 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) Như vậy, phần tư kỷ 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 Trong nhìn nhà vật lý, có đủ tồn vật liệu nano từ hạt nano (chấm lượng tử) với chiều, ống than nano chiều graphene hai chiều để thực chứng tượng tiên đoán từ lý thuyết vật lý nhiều năm qua Transistor graphene Nhưng ứng dụng thực tiễn sản phẩm nano sao? Sau 25 năm nghiên cứu với tổng kinh phí nghiên cứu đầu tư tồn giới vào cơng nghệ nano vượt qua mốc trăm tỷ USD, chưa kể chi phí xây dựng hạ tầng sở cho viện nghiên cứu, cộng với tài sản trí tuệ hàng ngàn nhà nghiên cứu từ khoa học gia tầm cỡ hành tinh đến nghiên cứu sinh bình thường, đến lúc người ta đặt câu hỏi kho tàng trí tuệ đem ứng dụng biến chế 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? Nếu ta có nhìn khe khắt phần tư kỷ có lẽ đủ dài để biến phát minh khoa học phòng thí nghiệm thành sản phẩm thương trường Các nhà khoa học thường dễ lạc quan trước tiềm ứng dụng phát minh Nhưng doanh nhân có nhìn khác, sâu sắc lạnh lùng mục đích cuối doanh nghiệp lợi nhuận 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 chơn sống đường Cơng nghệ nano khơng 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: (1) đa dạng vật liệu nano, (2) đa dạng ứng dụng, (3) cạnh tranh giá cả, hiệu phương pháp sản xuất vật liệu “cổ điển” có thương trường (4) vấn đề an toàn sức khoẻ độc tính vật liệu nano Ứng dụng thách thức Ta xem vài tiềm ứng dụng ống than nano 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 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) (PMMA), loại plastic gia dụng suốt kính, cần % ống than nano đủ làm tăng tính polymer nhiều lần Như ta cần lượng nhỏ ống than nano để gia cường PMMA mà giữ suốt Đây sản phẩm tuyệt vời Ngồi ra, người ta chế tạo áo giáp composite ống than nano có cường độ bảo vệ lớn nhiều lần so với áo giáp Kevlar Trên thực tế, ống than nano không hữu ống riêng lẻ mà nhiều ống dính vào thành cụm hay bó (Hình 1) Tiếc rằng, độ cứng (mô-đun Young) cụm 1/10 độ bền lúc 1/100 trị số ống nano tạo thành Sự 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 ngày hơm (2010), chưa có phương pháp đại trà 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 IBM (Mỹ) tận dụng đặc tính điện tử ống than nano để chế tạo transistor ống nano [2] Vật liệu transistor chất bán dẫn silicon Cột sống linh kiện 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 Kỹ thuật sản xuất chip vi tính phát triển đến mức tỷ transistor có kích cỡ 45 nanomét chip to vài cm2 Khi transistor nhỏ, ta gia tăng số transistor linh kiện điện tử, chức cao, đáp ứng nhanh chóng, kích thước mỏng, nhỏ gọn gàng Từ ưu điểm này, đòi hỏi thu nhỏ kích thước transistor lúc 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 tương lai transistor ống nano hay graphene thay transistor silicon vấn đề kỹ thuật giá Chướng ngại kỹ thuật thứ đồng tuyệt đối vật liệu sử dụng Ống than nano dùng cho transistor cần phải có kích thước đồng cấp nanomét độ dẫn điện giống Yêu cầu thúc đẩy việc sản xuất ống than nano chất lượng cao (Bảng 1) chưa đạt yêu cầu để làm transistor [3] Chướng ngại thứ hai nhà khoa học chưa triển khai trình chế tạo siêu vi mạch tạo chip chứa hàng trăm triệu transistor ống nano hay graphene chip transistor silicon Bảng 1: Nghiên cứu triển khai sản phẩm ống than nano [4] * CVD (chemical vapour deposition): kết tủa hóa học từ pha Ứng dụng gia cường thu nhỏ transistor ống than nano hai ứng dụng có tiềm tạo nên cách mạng công nghệ kỷ 21 Tuy nhiên, viễn ảnh thành cơng mờ mịt Bảng cho thấy trạng ứng dụng hướng phát triển ống than nano phần lớn thời kỳ nghiên cứu hay triển khai sản phẩm Mặt khác, ứng dụng sinh y học hạt nano tạo dược liệu trị liệu chẩn đoán ung thư[5] Nhân loại chờ đợi cách mạng hóa trị xạ trị ung thư Đã có nhiều báo cáo việc tổng hợp loại hạt nano “thông minh” cảm nhận tế bào ung thư, có khả tải thuốc nhả thuốc cơng vào tế bào Hạt nano tải thuốc phải tương thích với thể người tự phân hủy hồn thành nhiệm vụ mà khơng sinh độc tố Đây hai yếu tố tiên cho việc chấp nhận dược phẩm trị liệu Theo “Cục quản lý thực phẩm dược liệu” (Food and Drug Administration, FDA) Chính phủ Mỹ chấp nhận cho phổ biến hạt nano liposome albumin, vốn phân tử sinh học tương thích với thể tự đào thải ngồi Vấn đề an tồn sức khỏe độc tính vật liệu nano trở thành mối quan tâm hàng đầu phủ doanh nghiệp đầu tư vào cơng nghệ nano 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 làm lu mờ ánh hào quang gióng lên tiếng chng cảnh báo cộng đồng nghiên cứu khoa học Đây vấn đề lớn liên quan đến an tồn sức khỏe cơng nhân ngày tiếp xúc với vật liệu nano người tiêu dùng sử dụng thành phẩm nano [6] Các phủ Bắc Mỹ, châu Âu, Úc Nhật Bản ban hành quy định liên quan đến an toàn, cách xử lý chế ngự quy trình sản xuất sử dụng vật liệu nano [79] Những cơng trình nghiên cứu tác động cấu xâm nhập vào tế bào sinh vật vật liệu nano lúc gia tăng [10-13] Vật liệu nano lành hay dữ? Hiện chưa có câu trả lời dứt khoát HẠT NANO KIM LOẠI I VẬT LIỆU NANO VÀ TÍNH CHẤT ĐẶC BIỆT CỦA NĨ Khoa học công nghệ nano thuật ngữ sử dụng rộng rãi khoa học vật liệu ngày đối tượng chúng vật liệu nano có tính chất kì lạ khác hẳn với tính chất vật liệu khối mà người ta nghiên cứu trước Sự khác biệt tính chất vật liệu nano so với vật liệu khối bắt nguồn từ hai tượng sau đây: Hiệu ứng bề mặt Khi vật liệu có kích thước nhỏ tỉ số số nguyên tử bề mặt tổng số nguyên tử vật liệu gia tăng Ví dụ, xét vật liệu tạo thành từ hạt nano hình cầu Nếu gọi ns số nguyên tử nằm bề mặt, n tổng số nguyên tử mối liên hệ hai số ns = 4n2/3 Tỉ số số nguyên tử bề mặt tổng số nguyên tử f = ns/n = 4/n1/3 = 4r0/r, r0 bán kính nguyên tử r bán kính hạt nano Như vậy, kích thước vật liệu giảm (r giảm) tỉ số f tăng lên Do ngun tử bề mặt có nhiều tính chất khác biệt so với tính chất nguyên tử bên lòng vật liệu nên kích thước vật liệu giảm hiệu ứng có liên quan đến nguyên tử bề mặt, hay gọi hiệu ứng bề mặt tăng lên tỉ số f tăng Khi kích thước vật liệu giảm đến nm giá trị f tăng lên đáng kể Sự thay đổi tính chất có liên quan đến hiệu ứng bề mặt khơng có tính đột biến theo thay đổi kích thước f tỉ lệ nghịch với r theo hàm liên tục Chúng ta cần lưu ý đặc điểm nghiên cứu ứng dụng Khác với hiệu ứng thứ hai mà ta đề cập đến sau, hiệu ứng bề mặt có tác dụng với tất giá trị kích thước, hạt bé hiệu ứng lớn ngược lại Ở khơng có giới hạn cả, vật liệu khối truyền thống có hiệu ứng bề mặt, có điều hiệu ứng nhỏ thường bị bỏ qua Vì vậy, việc ứng dụng hiệu ứng bề mặt vật liệu nano tương đối dễ dàng Bảng cho biết số giá trị điển hình hạt nano hình cầu Với hạt nano có đường kính nm số ngun tử mà hạt chứa 4.000 ngun tử, tí số f 40 %, lượng bề mặt 8,16×10 11 tỉ số lượng bề mặt lượng toàn phần 82,2 % Tuy nhiên, giá trị vật lí giảm nửa kích thước hạt nano tăng gấp hai lần lên 10 nm Bảng 1: Số nguyên tử lượng bề mặt hạt nano hình cầu Năng lượng bề Đường kínhSố Tỉ số nguyên tửNăng lượng bề mặt/Năng lượng tổng hạt nano (nm) nguyên tử bề mặt (%) mặt (erg/mol) (%) 10 30.000 20 4,08×1011 7,6 4.000 40 8,16×1011 14,3 250 80 2,04×1012 35,3 30 90 9,23×1012 82,2 Hiệu ứng kích thước Khác với hiệu ứng bề mặt, hiệu ứng kích thước vật liệu nano làm cho vật liệu trở nên kì lạ nhiều so với vật liệu truyền thống Đối với vật liệu, tính chất vật liệu có độ dài đặc trưng Độ dài đặc trưng nhiều tính chất vật liệu rơi vào kích thước nm Chính điều làm nên tên “vật liệu nano” mà ta thường nghe đến ngày Ở vật liệu khối, kích thước vật liệu lớn nhiều lần độ dài đặc trưng dẫn đến tính chất vật lí biết Nhưng kích thước vật liệu so sánh với độ dài đặc trưng tính chất có liên quan đến độ dài đặc trưng bị thay đổi đột ngột, khác hẳn so với tính chất biết trước Ở khơng có chuyển tiếp cách liên tục tính chất từ vật liệu khối đến vật liệu nano Chính vậy, nói đến vật liệu nano, phải nhắc đến tính chất kèm vật liệu Cùng vật liệu, kích thước, xem xét tính chất thấy khác lạ sơ với vật liệu khối xem xét tính chất khác lại khơng có khác biệt Tuy nhiên, may mắn hiệu ứng bề mặt dù kích thước Ví dụ, kim loại, quãng đường tự trung bình điện tử có giá trị vài chục nm Khi cho dòng điện chạy qua dây dẫn kim loại, kích thước dây lớn so với quãng đường tự trung bình điện tử kim loại có định luật Ohm cho dây dẫn Định luật cho thấy tỉ lệ tuyến tính dòng đặt hai đầu sợi dây Bây thu nhỏ kích thước sợi dây nhỏ độ dài quãng đường tự trung bình điện tử kim loại tỉ lệ liên tục dòng khơng mà tỉ lệ gián đoạn với lượng tử độ dẫn e2/ħ, e điện tích điện tử, ħ Planck Lúc hiệu ứng lượng tử xuất Có nhiều tính chất bị thay đổi giống độ dẫn, tức bị lượng tử hóa kích thước giảm Hiện tượng gọi hiệu ứng chuyển tiếp cổ điển-lượng tử vật liệu nano việc giam hãm vật thể không gian hẹp mang lại (giam hãm lượng tử) Bảng cho thấy giá trị độ dài đặc trưng số tính chất vật liệu Bảng 2: Độ dài đặc trưng số tính chất vật liệu Tính chất Thơng số Bước sóng điện tử Qng đường tự trung bình khơng đàn hồi Điện Hiệu ứng đường ngầm Từ Quang Siêu dẫn Cơ Độ dài đặc trưng (nm) 10-100 1-100 1-10 Vách đô men, tương tác trao đổi Quãng đường tán xạ spin 10-100 1-100 Giới hạn siêu thuận từ 5-100 Hố lượng tử (bán kính Bohr) Độ dài suy giảm 1-100 10-100 Độ sâu bề mặt kim loại 10-100 Hấp thụ Plasmon bề mặt 10-500 Độ dài liên kết cặp Cooper Độ thẩm thấu Meisner 0.1-100 1-100 Tương tác bất định xứ Biên hạt 1-1000 1-10 Bán kính khởi động đứt vỡ 1-100 Sai hỏng mầm 0.1-10 Độ nhăn bề mặt 1-10 Xúc tác Hình học topo bề mặt Siêu phân tử Độ dài Kuhn 1-10 1-100 Miễn dịch Cấu trúc nhị cấp 1-10 Cấu trúc tam cấp 10-1000 Nhận biết phân tử 1-10 II PHÂN LOẠI VẬT LIỆU NANO Có nhiều cách phân loại vật liệu nano, cách phân loại cho nhiều loại nhỏ nên thường hay làm lẫn lộn khái niệm Sau vài cách phân loại thường dùng Phân loại theo hình dáng vật liệu: người ta đặt tên số chiều không bị giới hạn kích thước nano · 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 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 Cũng theo cách phân loại theo hình dáng vật liệu, số người đặt tên số chiều bị giới hạn kích thước nano Nếu hạt nano vật liệu nano chiều, dây nano vật liệu nano chiều màng mỏng vật liệu nano chiều Cách phổ biến cách ban đầu Phân loại theo tính chất vật liệu thể khác biệt kích thước nano: · Vật liệu nano kim loại · Vật liệu nano bán dẫn · Vật liệu nano từ tính · Vật liệu nano sinh học · vân vân Nhiều người ta phối hợp hai cách phân loại với nhau, phối hợp hai khái niệm nhỏ để tạo khái niệm Ví dụ, đối tượng sau “hạt nano kim loại” “hạt” phân loại theo hình dáng, “kim loại” phân loại theo tính chất “vật liệu nano từ tính sinh học” “từ tính” “sinh học” khái niệm có phân loại theo tính chất III HẠT NANO KIM LOẠI Hạt nano kim loại khái niệm để hạt có kích thước nano tạo thành từ kim loại Người ta biết hạt nano kim loại hạt nano vàng, nano bạc sử dụng từ hàng ngìn năm Nổi tiếng cốc Lycurgus người La Mã chế tạo vào khoảng kỉ thứ tư trước Công nguyên trưng bày Bảo tàng Anh [3] Chiếc cốc đổi màu tùy thuộc vào cách người ta nhìn Nó có màu xanh lục nhìn ánh sáng phản xạ cốc có màu đỏ nhìn ánh sáng từ cốc xuyên qua thành cốc Các phép phân tích ngày cho thấy cốc có hạt nano vàng bạc có kích thước 70 nm với tỉ phần mol 14:1 Tuy nhiên, phải đến năm 1857, Michael Faraday nghiên cứu cách hệ thống hạt nano vàng nghiên cứu phương pháp chế tạo, tính chất ứng dụng hạt nano kim loại thực bắt đầu Khi nghiên cứu, nhà khoa học thiết lập phương pháp chế tạo hiểu tính chất thú vị hạt nano Một tính chất màu sắc hạt nano phụ thuộc nhiều vào kích thước hình dạng chúng Ví dụ, ánh sáng phản xạ lên bề mặt vàng dạng khối có màu vàng Tuy nhiên, ánh sáng truyền qua lại có màu xanh nước biển chuyển sang màu da cam kích thước hạt thay đổi Hiện tượng thay đổi màu sắc hiệu ứng gọi cộng hưởng plasmon bề mặt Chỉ có hạt nano kim loại, điện tử tự có hấp thụ vùng ánh sáng khả kiến làm cho chúng có tượng quang học thú vị Ngồi tính chất trên, hạt nano bạc biết có khả diệt khuẩn Hàng ngàn năm trước người ta thấy sữa để bình bạc để lâu Ngày người ta biết bạc tác động lên enzym liên quan đến trình hơ hấp sinh vật đơn bào IV CHẾ TẠO HẠT NANO KIM LOẠI Có hai phương pháp để tạo vật liệu nano, phương pháp từ lên phương pháp từ xuống Phương pháp từ lên tạo hạt nano từ ion nguyên tử kết hợp lại với Phương pháp từ xuống phương pháp tạo vật liệu nano từ vật liệu khối ban đầu Đối với hạt nano kim loại hạt nano vàng, bạc, bạch kim,… phương pháp thường áp dụng phương pháp từ lên Nguyên tắc khử ion kim loại Ag +, Au+ để tạo thành nguyên tử Ag Au Các nguyên tử liên kết với tạo hạt nano Các phương pháp từ xuống dùng thời gian gần có bước tiến việc nghiên cứu theo phương pháp Phương pháp ăn mòn laser Đây phương pháp từ xuống [4] Vật liệu ban đầu bạc đặt dung dịch có chứa chất hoạt hóa bề mặt Một chùm Laser xung có bước sóng 532 nm, độ rộng xung 10 ns, tần số 10 Hz, lượng xung 90 mJ, đường kính vùng kim loại bị tác dụng từ 1-3 mm Dưới tác dụng chùm laser xung, hạt nano có kích thước khoảng 10 nm hình thành bao phủ chất hoạt hóa bề mặt CnH2n+1SO4Na với n = 8, 10, 12, 14 với nồng độ từ 0,001 đến 0,1 M Phương pháp khử hóa học Phương pháp khử hóa học dùng tác nhân hóa học để khử ion kim loại thành kim loại Thông thường tác nhân hóa học dạng dung dịch lỏng nên gọi phương pháp hóa ướt Đây phương pháp từ lên Dung dịch ban đầu có chứa muối kim loại HAuCl 4, H2PtCl6, AgNO3 Tác nhân khử ion kim loại Ag +, Au+ thành Ag0, Au0 chất hóa học Citric acid, vitamin C, Sodium Borohydride NaBH4, Ethanol (cồn), Ethylene Glycol [5] (phương pháp sử dụng nhóm rượu đa chức có tên khác phương pháp polyol) Để hạt phân tán tốt dung môi mà không bị kết tụ thành đám, người ta sử dụng phương pháp tĩnh điện để làm cho bề mặt hạt nano có điện tích đẩy dùng phương pháp bao bọc chất hoạt hóa bề mặt Phương pháp tĩnh điện đơn giản bị giới hạn số chất khử Phương pháp bao phủ phức tạp vạn hơn, phương pháp làm cho bề mặt hạt nano có tính chất cần thiết cho ứng dụng Các hạt nano Ag, Au, Pt, Pd, Rh với kích thước từ 10 đến 100 nm chế tạo từ phương pháp Phương pháp khử vật lí Phương khử vật lí dùng tác nhân vật lí điện tử [6], sóng điện từ lượng cao tia gamma [7], tia tử ngoại [8], tia laser [9] khử ion kim loại thành kim loại Dưới tác dụng tác nhân vật lí, có nhiều q trình biến đổi dung mơi phụ gia dung môi để sinh gốc hóa học có tác dụng khử ion thành kim loại Ví dụ, người ta dùng chùm laser xung có bước sóng 500 nm, độ dài xung 6ns, tần số 10 Hz, công suất 12-14 mJ [9] chiếu vào dung dịch có chứa AgNO3 nguồn ion kim loại Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) chất hoạt hóa bề mặt để thu hạt nano bạc Phương pháp khử hóa lí Đây phương pháp trung gian hóa học vật lí Ngun lí dùng phương pháp điện phân kết hợp với siêu âm để tạo hạt nano Phương pháp điện phân thông thường tạo màng mỏng kim loại Trước xảy hình thành màng, nguyên tử kim loại sau điện hóa tạo hạt nano bàm lên điện cực âm Lúc người ta tác dụng xung siêu âm đồng với xung điện phân hạt nano kim loại rời khỏi điện cực vào dung dịch [10] Phương pháp khử sinh học Dùng vi khuẩn tác nhân khử ion kim loại [11] Người ta cấy vi khuẩn MKY3 vào dung dịch có chứa ion bạc để thu hạt nano bạc Phương pháp đơn giản, thân thiện với mơi trường tạo hạt với số lượng lớn V TÍNH CHẤT CỦA HẠT NANO KIM LOẠI Như phần đầu nói, hạt nano kim loại có hai tính chất khác biệt so với vật liệu khối hiệu ứng bề mặt hiệu ứng kích thước Tuy nhiên, đặc điểm hạt nano có tính kim loại, tức có mật độ điện tử tự lớn tính chất thể có đặc trưng riêng khác với hạt khơng có mật độ điện tử tự cao Tính chất quang học Như nói, tính chất quang học hạt nano vàng, bạc trộn thủy tinh làm cho sản phẩm từ thủy tinh có màu sắc khác người La Mã sử dụng từ hàng ngàn năm trước Các tượng bắt nguồn từ tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt (surface plasmon resonance) điện tử tự hạt nano hấp thụ ánh sáng chiếu vào Kim loại có nhiều điện tử tự do, điện tử tự dao động tác dụng điện từ trường bên ngồi ánh sáng Thơng thường dao động bị dập tắt nhanh chóng sai hỏng mạng hay nút mạng tinh thể kim loại quãng đường tự trung bình điện tử nhỏ kích thước Nhưng kích thước kim loại nhỏ quãng đường tự trung bình tượng dập tắt khơng mà điện tử dao động cộng hưởng với ánh sáng kích thích Do vậy, tính chất quang hạt nano có dao động tập thể điện tử dẫn đến từ trình tương tác với xạ sóng điện từ Khi dao động vậy, điện tử phân bố lại hạt nano làm cho hạt nano bị phân cực điện tạo thành lưỡng cực điện Do xuất tần số cộng hưởng phụ thuộc vào nhiều yếu tố yếu tố hình dáng, độ lớn hạt nano môi trường xung quanh yếu tố ảnh hưởng nhiều Ngoài ra, mật độ hạt nano ảnh hưởng đến tính chất quang Nếu mật độ lỗng coi gần hạt tự do, nồng độ cao phải tính đến ảnh hưởng trình tương tác hạt Tính chất điện Tính dẫn điện kim loại tốt, hay điện trở kim loại nhỏ nhờ vào mật độ điện tử tự cao Đối với vật liệu khối, lí luận độ dẫn dựa cấu trúc vùng lượng chất rắn Điện trở kim loại đến từ tán xạ điện tử lên sai hỏng mạng tinh thể tán xạ với dao động nhiệt nút mạng (phonon) Tập thể điện tử chuyển động kim loại (dòng điện I) tác dụng điện trường (U) có liên hệ với thơng qua định luật Ohm: U = IR, R điện trở kim loại Định luật Ohm cho thấy đường I-U đường tuyến tính Khi kích thước vật liệu giảm dần, hiệu ứng lượng tử giam hãm làm rời rạc hóa cấu trúc vùng lượng Hệ q trình lượng tử hóa hạt nano I-U khơng tuyến tính mà xuất hiệu ứng gọi hiệu ứng chắn Coulomb (Coulomb blockade) làm cho đường I-U bị nhảy bậc với giá trị bậc sai khác lượng e/2C cho U e/RC cho I, với e điện tích điện tử, C R điện dung điện trở khoảng nối hạt nano với điện cực Tính chất từ Các kim loại q vàng, bạc,… có tính nghịch từ trạng thái khối bù trừ cặp điện tử Khi vật liệu thu nhỏ kích thước bù trừ khơng tồn diện vật liệu có từ tính tương đối mạnh Các kim loại có tính sắt từ trang thái khối kim loại chuyển tiếp sắt, ban, ni ken kích thước nhỏ phá vỡ trật tự sắt từ làm cho chúng chuyển sang trạng thái siêu thuận từ Vật liệu trạng thái siêu thuận từ có từ tính mạnh có từ trường khơng có từ tính từ trường bị ngắt đi, tức từ dư lực kháng từ hồn tồn khơng Tính chất nhiệt Nhiệt độ nóng chảy Tm vật liệu phụ thuộc vào mức độ liên kết nguyên tử mạng tinh thể Trong tinh thể, nguyên tử có số nguyên tử lân cận có liên kết mạnh gọi số phối vị Các nguyên tử bề mặt vật liệu có số phối vị nhỏ số phối vị nguyên tử bên nên chúng dễ dàng tái xếp để trạng thái khác Như vậy, kích thước hạt nano giảm, nhiệt độ nóng chảy giảm Ví dụ, hạt vàng nm có Tm = 500°C, kích thước nm có Tm = 950°C [12] VI ỨNG DỤNG CỦA HẠT NANO KIM LOẠI Các ứng dụng liên quan đến tính chất khác biệt hạt nano Những ứng dụng biết liên quan đến tính chất quang chúng Người ta trộn hạt nano vàng, bạc vào thủy tinh để chúng có màu sắc khác Gần người ta phát nhiều ứng dụng hạt nano vàng để tiêu diệt tế bào ung thư [13] Trong đó, hạt nano vàng kích thích ánh sáng laser xung, tượng hấp thụ cộng hưởng Plasmon mà hạt nano dao động trở nên nóng bỏng, có lên đến nhiệt độ cao nhiệt độ nóng chảy vàng Q trình tăng nhiệt gây sóng xung kích (shock wave) tiêu diệt tế bào ung thư đường kính hàng mm Hạt nano vàng bọc nguyên tử Gd (có mơ men từ ngun tử lớn nhất) dùng để làm tăng độ tương phản cộng hưởng từ hạt nhân (MRI) [14] Rất gần đây, người ta tạo nguyên tử nhân tạo từ hai hạt nano vàng mở khả ứng dụng lớn tương lai [15] CÁCH MẠNG NANO TRONG ỨNG DỤNG Y SINH HỌC Công nghệ nano phát triển với tốc độ chóng mặt làm thay đổi diện mạo ngành khoa học Đặc biệt, ngành công nghệ tạo cách mạng ứng dụng y sinh học nhờ vào khả giúp người can thiệp kích thước nanomet (1nanomet 1/triệu mm) vật liệu nano sử dụng chẩn đoán điều trị bệnh Biến ước mơ thành thực Trong phim khoa học viễn tưởng Mỹ có tiêu đề The fantastic voyage, tạm dịch Chuyến du hành kỳ diệu, nhà điện ảnh Mỹ tưởng tượng chuyện đoàn y bác sĩ dùng phương tiện thu nhỏ thực chuyến du hành tàu cực nhỏ Họ chu du mạch máu, đến ngóc ngách thể người để sửa chữa tế bào hỏng hóc Các nhà khoa học cho rằng, cơng nghệ nano biến giả tưởng thành thực Trong tương lai khơng xa, người chế tạo máy nano thơng minh có khả mơ 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 Máy nano sinh học hồn tất thí nghiệm vòng vài phút thay vài ngày nay, thay công việc phòng bệnh lý Khi kích thước hệ sinh vật sống từ micromet giảm xuống tới nanomet, có khả kết hợp đơn vị sinh học enzym với cấu trúc nano nhân tạo Bằng cách kết hợp enzym chip sillic, người ta chế tạo cảm biến sinh học Cảm biến truyền vào người động vật để giám sát, theo dõi sức khỏe phóng thích liều lượng thuốc xác Hiện nay, người chế tạo hạt nano có đặc tính sinh học có tác động lên người y hệt kháng thể, tức chúng lập trình để truy diệt tế bào ung thư Các chất liệu từ công nghệ nano hỗ trợ việc chẩn đốn bệnh tật hay khảo sát thể, cách gắn chuỗi DNA vào hạt nano có khả cảm thụ đặc tính sinh học tế bào gửi tín hiệu bên Vật liệu siêu nhuận từ ứng dụng y sinh học Khi kích thước hạt vật liệu từ tính giảm đến giá trị (khoảng vài chục nanomet) trở thành vật liệu siêu nhuận từ, có tính chất đặc biệt cho ứng dụng y sinh học Trong tự nhiên, sắt vật liệu thường dùng để nghiên cứu làm hạt nano từ tính Các hạt nano từ tính dùng y sinh học thường có dạng chất lỏng từ, gọi nước từ, gồm phần: hạt nano từ tính, chất hoạt hóa bề mặt dung mơi Trong hạt nano từ tính thành phần định tính chất từ chất lỏng từ Các chất hoạt hóa bề mặt làm hạt nano phân tán dung mơi, tránh kết tụ có tác dụng che phủ hạt nano khỏi phát hệ thống bảo vệ thể, tạo liên kết hóa học Hạt nano từ tính có ứng dụng thể thể Phân tách chọn lọc tế bào việc sử dụng hạt nano từ tính phương pháp tiên tiến Các thực thể sinh học cần nghiên cứu đánh dấu thơng qua hạt nano từ tính Các hạt từ tính bao phủ chất hoạt hóa, tương tự phân tử hệ miễn dịch, tạo liên kết với tế bào hồng cầu, tế bào ung thư, vi khuẩn… Một từ trường bên tạo lực hút hạt từ tính có mang tế bào đánh dấu giữ chúng lại, tế bào không đánh dấu ngồi Dẫn truyền thuốc hạt từ tính phát triển từ năm 1970 Đó việc sử dụng hạt từ tính hạt mang thuốc đến vị trí cần thiết thể, giúp thu hẹp phạm vi phân bố thuốc thể làm giảm tác dụng phụ thuốc giảm lượng thuốc điều trị Hệ thuốc/hạt từ tính tạo chất lỏng mang từ tính đưa vào thể thơng qua hệ tuần hồn Khi hạt vào mạch máu, người ta dùng từ tính mạnh để tập trung hạt vào vị trí thể Phương pháp thuận lợi điều trị u não việc dẫn truyền thuốc vào u não khó khăn Nhờ trợ giúp hạt nano, việc dẫn truyền thuốc hiệu nhiều Những hạt nano phát quang vào thể khu trú, tập trung vùng bệnh, kết hợp với kỹ thuật thu nhận tín hiệu phản xạ quang học giúp người phát mầm bệnh có biện pháp điều trị kịp thời Một vài ngành ứng dụng dựa công nghệ nano Trong phẫu thuật thẩm mỹ, hình thành ngành Cosmetic Nano Surgery (tạm dịch Nano phẫu thuật thẩm mỹ) Các ứng dụng công nghệ nano phát triển vi phẫu thuật thẩm mỹ để bóc mỡ thừa, căng da, xóa nếp nhăn, đổi màu tóc… Các loại kem bơi da chứa hạt nano giúp thay đổi màu da hay ngăn chặn tia tử ngoại dễ gây ung thư da Ngành cơng nghệ có tên Nano-bio (tạm dịch Sinh học nano) hình thành, tạo vật liệu tạo mô xương, phận thay y sinh học dùng cho người da, băng thông minh… Ngành sinh học nano hướng đến việc chế tạo vật liệu mô khả đặc biệt lồi động thực vật tự nhiên Ví dụ tượng sen không ướt cấu trúc bề mặt có cột nhỏ cỡ nanomet, cách khoảng vài micromet tạo nên bề mặt khơng thấm nước Từ nhà khoa học sản xuất vật liệu polyme mô cấu trúc sen, có khả khơng thấm nước, mang lại nhiều ứng dụng y tế đời sống Phát triển vũ bão Trong vòng 20 năm qua, công nghệ nano ngành khoa học mũi nhọn Mỗi năm có hàng ngàn phát minh công nhận dựa công nghệ Trên giới, nhiều phủ nhận kỹ thuật nano sinh học động phát triển cơng nghệ y học Tại Mỹ, năm 2005, Chính phủ chi 3,5 tỷ USD cho chương trình có tên Sáng kiến nano, gần tỷ USD dành cho sinh học nano Ở Việt Nam, nhà khoa học chế tạo hạt nano từ tính phương pháp hóa, học… tập trung vào định hướng y sinh học việc phân tách tế bào, dẫn thuốc, nung nóng cục bộ… Vật liệu nano công nghệ chế tạo lốp xe Những ưu điểm vượt trội vật liệu nano thu hút hãng xe ngành nghiệp phụ trợ vào cách mạng Tuy mức độ thử nghiệm, với tham gia công ty hàng đầu hãng xe danh tiếng, tương lai lốp ứng dụng vật liệu nano khơng xa Cao su cotton nông sản từ xa xưa Tuy nhiên, không giống cotton, cao su thiên nhiên gặp phải cạnh tranh mạnh mẽ từ cao su tổng hợp, loại vật liệu phát triển chiến thứ hai Năm 1964, 75% lượng cao su giới thuộc cao su tổng hợp Nhưng sau đó, xuất lốp khơng săm cứu vớt vai trò cao su thiên nhiên với lượng tiêu thụ 42% tổng số 19,61 triệu tấn, theo thống kê năm 2004 Khoảng 50% lốp xe ôtô giới làm từ cao su thiên nhiên Tuy nhiên, lốp sản xuất từ loại vật liệu có điểm yếu khơng bền, dễ mài mòn, khơng chịu nhiệt độ cao dần tính đàn hồi q trình sử dụng Để khắc phục khó khăn đó, nhà nghiên cứu áp dụng cơng nghệ nano vào q trình sản xuất xuất lốp Hạt carbon nhỏ (bao gồm hạt kích thước nano -1 phần tỷ mét) trộn với su thời gian dài trước đem ép Sản phẩm sau gia cơng có độ mài mòn thấp sức bền lớn Cabot Corporation – hãng cung cấp lốp vật liệu carbon hàng đầu giới – thử nghiệm thành cơng tính “PureNano”- hạt silic cacbua kích thước nano, Nanoproducts Corporation of Colorado sản xuất Khi bổ sung vào lốp, hạt “PureNano” làm giảm 50% độ mài mòn, nghĩa tuổi thọ lốp tăng lên gấp đôi Một số ấn tượng biết tại, năm có 16,5 triệu lốp Mỹ cần phải thay Các sản xuất khác tìm cách kết hợp sợi carbon dạng ống vào lốp dự đốn chúng có tuổi thọ lâu xe Trong đó, chuyên gia Audi đánh giá công nghệ nano tạo nên cách mạng lốp tương lai Loại lốp thông minh gắn cảm biến nano liên kết với chíp điều khiển trung tâm có khả thay đổi cấu bề mặt tuỳ thuộc vào áp suất lốp, trọng lượng xe điều kiện đường Những công ty Inmat Nanonor sản xuất hạt đất sét kích thước nano, trộn chúng với nhựa hay cao su tổng hợp để tạo bề mặt kín khít Các hạt đất sét nano Inmat sử dụng dạng chất kết dính Bên cạnh đó, công ty liên kết với Michelin, hãng sản xuất lốp hàng đầu giới để ứng dụng công nghệ lốp khơng săm Nó dần thay cao su truyền thống làm lốp nhẹ, rẻ mát Sản phẩm tiếng ứng dụng công nghệ nano “Aerogel”, vật liệu siêu nhẹ đề nghị dùng để chế tạo lốp cho tàu thám hiểm Hoả Chứa tới 98% khơng khí, tập hợp hàng tỷ bóng khí nano mơi trường silic, nhờ đó, Aerogel nhẹ 1.000 lần lại có khả làm kín khít gấp 40 lần sợi thuỷ tinh Bên cạnh trọng lượng nhẹ, Aerogel có khả cách nhiệt Các nhà hố học đại học Missouri-Rolla (Mỹ) tuyên bố phát triển thành cơng vật liệu Aerogel khơng thấm nước sử dụng bề mặt lốp Goodyear nắm giữ hàng loạt phát minh sáng chế trình kết hợp lốp với silic aerogel Bridgestone áp dụng công nghệ nano lốp cung cấp cho Ferrari giải đua F1… Nền công nghiệp lốp giới “đại gia” nắm giữ bao gồm Michelin, Goodyear, Bridgestone, Continental, Sumitomo tất chuẩn bị cho cách mạng tương lai không xa PHÁT MINH MÁY THĂM DÒ NANO TRONG CHỮA TRỊ UNG THƯ Các nhà khoa học ĐH California, Mỹ vừa tạo loại máy thăm dò nano thơng minh nhằm tìm tiêu diệt khối u xác định người bệnh ung thư Việc nghiên cứu máy dò nano nhiều nhóm nghiên cứu toàn giới phát triển 10 năm nay, nỗ lực giảm triệt tiêu hoàn toàn tác động tiêu cực từ liệu pháp y học ảnh hưởng tới tế bào khỏe mạnh trình điều trị ung thư Phát minh đăng tải lên tờ tuần báo Small – chuyên trang khoa học công nghệ vi lượng nano Trưởng nhóm nghiên cứu, giáo sư Luke Lee phát biểu: “Nếu bạn muốn phóng vệ tinh vào không gian, bạn cần làm nhiều điều Nó phải tới mục tiêu, thăm dò xung quanh truyền tin trạm điều khiển mặt đất Điều xảy với giới phân tử Chúng tơi cần máy dò tìm thấy tế bào bị bệnh, chữa trị sau đó, thơng báo lại cho chúng tơi mơi trường cục tế bào, giúp kiểm tra hiệu phương pháp điều trị Đây thực bước tiến quan trọng điều trị ung thư” Các máy dò siêu nhỏ có đường kính vài trăm nanomet, chúng nhà khoa học nghiên cứu thiết kế: mặt làm từ vàng thô ráp, mặt làm từ polyeste trơn Máy đặt tên “san hơ”, lồi có đặc tính giống với máy, bề mặt thơ ráp giúp nhằm tăng cường khả thu ánh sáng phân tử thức ăn Tiến sĩ Benjamin Ross, nghiên cứu khoa Khoa học ứng dụng chương trình cơng nghệ thuộc ĐH California nhận định: “Giống san hộ tự nhiên, máy dò hình san hơ nano với bề mặt có độ thơ ráp cao, giúp chúng bắt giữ phân tử gần” CÔNG NGHỆ NANO VÀ CUỘC CÁCH MẠNG XANH: NHỮNG LỢI ÍCH VỀ MÔI TRƯỜNG Bản báo cáo khám phá mối liên hệ tiềm tàng có lợi cơng nghệ nano – chất khoa học kỹ thuật thực mức độ phân tử – lĩnh vực hóa học, cơng nghệ xanh mà mục đích nhằm làm giảm đến mức tối thiểu ảnh hưởng đến môi trường thông qua cải tiến loại bỏ chất thải bảo tồn tài nguyên mặt quy trình sản phẩm Bản báo cáo kết luận lời khuyến cáo biện pháp tạo thay đổi sách liên bang để giúp lĩnh vực cơng nghệ nano phát triển nhanh chóng “trưởng thành” thành công nghệ xanh Bản báo cáo trích dẫn vài ví dụ q trình nghiên cứu hướng đến việc sử dụng công nghệ nano để thực mục tiêu môi trường kết hợp với mục tiêu thương mại mục tiêu khác.Theo báo cáo, cơng nghệ có nhiều khả thao tác tay vật liệu làm biến đổi thuộc tính vật liệu, mở khả tạo sản phẩm quy trình giảm thiểu chất độc hại, tăng tính bền cải thiện hiệu suất lượng Ví dụ như, ơng James Hutchison, nhà hóa học trường đại học Oregon, sử dụng phân tử DNA theo quy trình lạ cho thấy tạo mơ hình kích thước nano chíp silicon bề mặt khác Những phương pháp thực nghiệm tiết kiệm nguyên liệu, sử dụng nước dung mơi so với kỹ thuật in truyền thống – hay kỹ thuật in thạch thường sử dụng công nghiệp điện tử kỹ thuật cao Các nhà nghiên cứu khác khảo sát việc đưa vật liệu nano vào để thay chì chất liệu độc hại khác ngành điện tử Nhà hóa học Vicki Colvin cộng đại học Rice khám phá hạt nano từ tính có kích thước 12 nanomet loại bỏ 99% Arsenic dung dịch, đồng nghiệp họ đại học bang Oklahoma chế tạo thành công cảm biến có kích thước nano phát chất gây ô nhiễm tới nồng độ phần tỉ Công nghệ nano mở đường đầy hứa hẹn việc tạo tế bào lượng mặt trờikhông tốn cải tiến hiệu suất giảm giá thành tế bào nhiên liệu, xem nguồn lượng cho xe xe tải tương lai Đồng thời, nghiên cứu cấp độ nano hướng tới cơng cụ có khả loại bỏ vật liệu độc hại làm địa điểm có chất thải độc hại “Cơng nghệ nano tiềm ‘một giấc mơ xanh nhân đôi’ Với cơng nghệ nano tạo sản phẩm quy trình xanh từ lúc ban đầu” bà Barbara Karn, nhà khoa học môi trường, người tổ chức thành lập chương trình cơng nghệ nano xanh nằm khuôn khổ dự án công nghệ nano trọng điểm Theo Barbara cho biết: “Công nghệ nano cho phép thay hóa chất, vật liệu quy trình sản xuất truyền thống gây nhiễm mơi trường hóa chất, vật liệu quy trình thân thiện với mơi trường hơn” Bản báo cáo xác định rõ bốn định hướng (loại, hạng, phạm trù) ứng dụng cơng nghệ nano lợi ích môi trường giao cắt nhau: - Tăng cường sản phẩm qui trình sử dụng cơng nghệ nano thân thiện với môi trường hay “sạch xanh” - Quản lý vật liệu nano sản xuất chúng để giảm đến mức tối thiểu rủi ro tiềm ẩn mơi trường, sức khỏe an tồn - Sử dụng công nghệ nano để làm địa điểm có chất thải độc hại giải vấn đề ô nhiễm khác - Thay sản phẩm thân thiện với mơi trường sản phẩm tạo từ công nghệ nano xanh David Rejeski, giám đốc dự án công nghệ nano trọng điểm, phát biểu: “Chúng nghĩ Mỹ đua tranh để trở thành người dẫn đầu tồn cầu cơng nghệ nano xanh Nghiên cứu quốc gia danh mục đầu tư phát triển nhắm tới mục đích tồn cầu Chúng tơi tin tưởng cơng nghệ nano xanh khơng giúp bảo vệ mơi trường mà tạo nhiều cơng ăn việc làm cho người Mỹ lợi nhuận kéo theo tương lai” Nhìn tương lai phía trước xét tới vấn đề môi trường nay, báo cáo đề nghị phương thức bảo vệ mơi trường hữu hiệu nên khuyến khích phát triển sách nano xanh, sách thúc đẩy mạnh mẽ ngăn chặn việc gây ô nhiễm môi trường Xếp loại phát triển phép đo lường để đánh giá điểm mấu chốt gây ảnh hưởng môi trường với việc sử dụng kết thu liên bang để thúc đẩy nhu cầu sản phẩm nano xanh, giải pháp đề nghị báo cáo hỗ trợ đảm bảo nguồn vốn đầu tư 8.3 tỉ dola từ người đóng thuế vào cơng nghệ nano, tính từ thời điểm quan sáng kiến công nghệ nano quốc gia Mỹ thành lập vào năm 2001, dùng để chi trả cho quốc gia môi trường Paul Anastas, giám đốc Viện hóa học xanh thuộc hội hóa học Mỹ, cho rằng: “Chúng ta giai đoạn chống đỡ với hiểm hoạ môi trường Dường công nghệ nano lựa chọn mà cơng nghệ thiết yếu giải vấn đề này” ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NANO TRONG TƯƠNG LAI Màn hình máy tính thay loại đi-ốt hữu OLED, viết tắt Organis Light Emitting Diode Cửa sổ trang bị lớp màng chuyển từ lượng ánh sáng thành điện Photovoltaic Người ta phủ kính lớp màng lọc để tránh cho người nhà khỏi loại tia có hại tia cực tím Quần áo làm hợp chất chống vết dơ bẩn kiểm soát nhiệt độ thể Một số chất liệu quần áo thông minh giúp đo nhịp tim thở Các chất liệu làm bàn ghế nhẹ bền Khớp xương chậu làm vật liệu tương thích với sinh học Sơn nano chống xâm thực Kính tự điều chỉnh ánh sáng nhiệt độ 10 Vật liệu nano cho phép sản xuất thẻ nhớ gọn nhẹ 11 Ống cạc-bon nano ứng dụng pin nhiên liệu nguồn lượng cho máy móc xe cộ 12 Hệ thống nghe phụ trợ cho người điếc làm hợp chất nano CÔNG NGHỆ NANO:TRIỂN VỌNG CHO NHỮNG NƯỚC NGHÈO Công nghệ nano ảnh hưởng đến tương lai nước nghèo? Chắc chắn, cơng nghệ nano đóng vai trò quan trọng nhiều lĩnh vực, đó, có tăng sản lượng nơng nghiệp nhiều lợi ích khác… Các chuyên gia thuộc Trung tâm Đạo đức Sinh học Canada nhận định ảnh hưởng lớn công nghệ nano đến hàng triệu người nước phát triển mang lại phương pháp dự trữ sản xuất lượng tốt Đồng thời, cải thiện đáng kể suất ngành nông nghiệp Ứng dụng công nghệ nano nâng cao mức sống người dân nước nghèo Đây nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng triển vọng công nghệ khoa học nano đến phát triển giới Nghiên cứu xem xét ảnh hưởng công nghệ nano đến tám Mục tiêu Phát triển Thiên niên kỷ tổ chức Liên hiệp quốc (LHQ) đặt để hoàn thành trước năm 2015 Các ứng dụng công nghệ nano giúp nước thành viên LHQ giải vấn đề quan trọng nước phát triển đến năm 2015 Các chuyên gia đề cử sáng kiến gọi Giải Thách thức toàn cầu việc sử dụng công nghệ nano Sáng kiến phát động để khuyến khích ứng dụng cơng nghệ nano nước phát triển Theo tiến sỹ Peter Singer, giám đốc JCB, phát triển kinh tế tiêu thụ lượng liên quan chặt chẽ với Tiến sỹ Singer cho biết thu lợi ích tăng trưởng kinh tế dễ dàng nhiều cơng nghệ nano giúp nước phát triển chuyển sang xu hướng tự cung tự cấp lượng  Tiềm lớn công nghệ nano Tiến sỹ P Singer nhận định phần lớn sóng công nghệ làm tăng khoảng cách nước giàu nước nghèo song việc khai thác công nghệ nano lại mang đến hội thu hẹp khoảng cách Ứng dụng cơng nghệ nano có khả lớn để cải thiện mức sống người dân nước phát triển Khoa học công nghệ đơn giải triệt để tất vấn đề nước phát triển, yếu tố để phát triển Hiện nay, chất có cấu trúc nano sử dụng để xây dựng lên hệ tế bào lượng mặt trời tế bào nhiên liệu hyđrơ Ngồi ra, nhà khoa học sử dụng công nghệ nano để phát triển phương pháp dự trữ hyđrô vốn vấn đề nan giải Hệ thống dự trữ hyđrơ phù hợp có nghĩa phải có lượng thay cho nước phụ thuộc vào nhiên liệu hoá thạch Mặt khác, giới phát triển ứng dụng công nghệ nano để cải thiện độ phì nhiêu đất sản lượng trồng, cảm biến nano giám sát tình hình trồng vật ni chất từ nano loại bỏ chất gây nhiễm cho đất Chẳng nữa, nhờ vào công nghệ nano, nhân viên y tế thử nghiệm máu mẩu nhựa nhỏ đồng xu Tương tự, sử dụng tiến công nghệ nano thực khám chẩn đốn bệnh vài phút Công nghệ nano rút ngắn thời gian chi phí xét nghiệm bệnh truyền nhiễm sốt rét HIV/AIDS Nhóm nghiên cứu đánh giá tác dụng công nghệ nano xử lý nước Tiến sỹ Salamanca-Buentello, đứng đầu nhóm nghiên cứu cho biết 1/6 dân chúng tồn cầu khơng có nước sạch, 1/3 dân vùng nông thôn châu Phi, châu Á châu Mỹ La tinh khơng có nước sạch, hàng năm có hai triệu trẻ em chết bị bệnh phát sinh nước bẩn Trong đó, màng ống nano hệ thống rẻ, dễ di chuyển lọc, giải độc khử muối nước hiệu phương pháp lọc vi khuẩn vi rút thông thường Các nhà nghiên cứu phát triển phương pháp sản xuất hàng loạt ống lọc nano cácbon nhằm nâng cao chất lượng nước  Châu Á theo sát Mỹ công nghệ nano Đến nhiều nước phát triển Ấn Độ, Nam Phi, Mehico, Thái Lan, Philipin, Chile Achentina thực sáng kiến công nghệ nano để hỗ trợ phát triển khoa học Hiện Trung Quốc có số lượng ứng dụng sáng chế công nghệ nano nhiều giới sau Mỹ Nhật Bản Bản nghiên cứu Hà Lan – Trung Quốc đánh giá tình hình cơng nghệ nano Mỹ, liên minh châu Âu, Trung Quốc Hàn Quốc cho thấy Trung Quốc có lượng báo chí cơng nghệ nano lớn thứ hai giới Theo tờ Bưu điện Washington (Washington Post), châu Âu châu Á theo sát Mỹ công nghệ nano Trong năm 2004, chi tiêu phủ Mỹ cho công nghệ nano cao giới, song cao chút đỉnh so với mức chi phí Trung Quốc, châu Âu Nhật: Mỹ sử dụng tỷ đô la cho nghiên cứu công nghệ nano ba nước sau nước chi 900 triệu la Xét mặt báo chí chun viết cơng nghệ nano, năm 2004, báo chí cơng nghệ nano Trung Quốc chiếm 10% thị phần báo công nghệ nano toàn cầu, đứng sau Mỹ, cường quốc chiếm gần 50% thị phần ĐỘC TỐ CỦA HỢP CHẤT NANO Hiện ngành nghiên cứu độc tính hợp chất nano non trẻ, người ta phát thấy thân người phải sống mơi trường từ lâu Ở Pittsburgh, Allen Robinson có cơng trình nghiên cứu ảnh hưởng lên sức khỏe từ hợp chất môi trường Anh đồng nghiệp chuyển dần xuống hợp chất nano, phát thấy người phải hít thở loại hợp chất ngày, từ đám khí thải cơng nghiệp hay khói bụi đường “Khi nghiên cứu khối khí này, dù phòng thí nghịêm sạch, q vị nhận thấy nhiều thể vật chất khác nhau, kể thể vật chất nano nữa.” “Có khoảng 5% loại hợp chất thuộc loại nhỏ, nói chung nơi đứng hít thở có nhiều loại hợp chất khác bay khơng khí.” Trong phòng thí nghiệm sạch, có khoảng 1.000 đơn vị vật chất, ngồi trời số lên đến vài chục ngàn đơn vị vật chất bé li ti “Ở Hoa Kỳ người ta bắt đầu quan ngại đến loại hợp chất này.” – Allen Robinson giải thích hai qui định Hoa Kỳ – “Một mức tên PM10 dành cho loại vật thể bé 10mico-mét, mức PM2.5 dành cho loại bật thể bé 2.5 micro.” Và câu hỏi người phản ứng hít chúng vào David Warheit chuyên gia ngành hô hấp, nghiên cứu chứng bệnh khí thải gây ra, tập trung vào ảnh hưởng từ sợi cac-bon lên phổi chuột Các ống nano kết dính với thành khối lớn ngăn đường hít thở, thí nghiệm Warheit đưa sợi vào phổi, qua dung dịch nước “Ghi nhận có 50% chuuột thí nghiệm bị tử vong sau lần thử đầu tiên, tức vòng 12 đồng hồ.” “Thực tình nói chuyện chuột thí nghiệm bị chết chúng tơi khơng hứng thú cho lắm.” “Thế chúng tơi theo đuổi vấn đề này, nghiên cứu trình 1-2 ngày tiếp theo.” “Vấn đề khơng phải độc tính theo cách hiểu thơng thường, mà hoạt chất nano kết dính với làm nghẽn đường thở.” – chuyên gia Warheit nói Chuyện nghe đáng sợ, người ta chưa biết thực tế chuyện phản ứng thí nghiệm đưa ống nano đường khơng bình thường Giới khoa học nhà hoạt động môi trường tiếp tục tranh cãi quanh độ an tồn phòng thí nghiệm xưởng sản xuất vật liệu nano ... thước nano · 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. .. nghiên cứu công nghệ nano ba nước sau nước chi 900 triệu la Xét mặt báo chí chun viết cơng nghệ nano, năm 2004, báo chí cơng nghệ nano Trung Quốc chiếm 10% thị phần báo công nghệ nano toàn cầu,... tiến công nghệ nano thực khám chẩn đốn bệnh vài phút Công nghệ nano rút ngắn thời gian chi phí xét nghiệm bệnh truyền nhiễm sốt rét HIV/AIDS Nhóm nghiên cứu đánh giá tác dụng công nghệ nano xử