TÌM HIỂU về công nghệ NANO

TÌM HIỂU về công nghệ NANO TÌM HIỂU về công nghệ NANO TÌM HIỂU về công nghệ NANO TÌM HIỂU về công nghệ NANO TÌM HIỂU về công nghệ NANO TÌM HIỂU về công nghệ NANO TÌM HIỂU về công nghệ NANO TÌM HIỂU về công nghệ NANO

CÔNG NGHỆ NANO – CUỘC CÁCH MẠNG TRONG KHOA HỌC KỸ THUẬT THẾ KỶ 21 ThS La Vũ Thùy Linh (*) T rong năm gần thị trường bắt đầu xuất nhiều sản phẩm quảng bá sử dụng công nghệ nano trang nano bạc, thiết bị lọc nước nano, tủ lạnh nano, máy giặt nano, nano LCD, mỹ phẩm nano, sơn nano, ipod nano… “Cơng nghệ Nano” khơng góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm mà trở thành chiêu thức tiếp thị nhà sản xuất nhằm thu hút ý người tiêu dùng Thực chất công nghệ nano vai trị nào? CƠNG NGHỆ NANO LÀ GÌ? Nói cách đơn giản, khoa học nano khoa học nghiên cứu vật chất kích thước nhỏ - kích thước nanomet (nm) Một nano phần tỉ met (m) hay phần triệu milimet (mm) Công nghệ nano 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 mơ nanomet (từ -100nm) Bảng – So sánh kích thước số vật nano = 10-9 m = phần tỉ m = 10-6 mm = phần triệu mm nano = 10 Å ≈ kích thước 10 nguyên tử Micromet µm = nm 103nm Độ dày sợi tóc 80 -200 80.000 – 200.000 Tế bào máu -6 4000 – 6000 Vi khuẩn e-coli 1000 λ ánh sáng thấy 400 -750 Virus đậu mùa 0,2 -0,3 200 -300 Đường kính ADN nguyên tử 0,1 vàng để tạo thủy tinh, gốm sứ có màu sắc khác (màu đỏ, xanh vàng tùy vào kích thước hạt)… Nghĩa người sử dụng, chế tạo vật liệu nano từ lâu, có điều chưa biết nhiều CƠNG NGHỆ NANO XUẤT PHÁT TỪ ĐÂU? Khái niệm công nghệ nano nhắc đến năm 1959 nhà vật lý người Mỹ Richard Feynman đề cập tới khả chế tạo vật chất kích thước siêu nhỏ từ trình tập hợp nguyên tử, phân tử Những năm 1980, nhờ đời hàng loạt thiết bị phân tích, có kính CƠNG NGHỆ NANO CĨ PHẢI LÀ VẤN ĐỀ HỒN TỒN MỚI KHƠNG? Thực hạt nano tồn hàng triệu năm giới tự nhiên Từ kỷ thứ 10, người ta sử dụng hạt nano Số 12 - 2010 Hình – Sơ đồ kính hiển vi đầu dị qt (SPM hay STM) Khoa học & Ứng dụng 47 hiển vi đầu dị qt (SPM hay STM) có khả quan sát đến kích thước vài nguyên tử hay phân tử, người quan sát hiểu rõ lĩnh vực nano Công nghệ nano bắt đầu đầu tư nghiên cứu phát triển mạnh mẽ Ra đời hai mươi năm, ngành công nghệ non trẻ công nghệ nano phát triển với tốc độ chóng mặt biệt kích thước (1 -100nm) nằm phạm vi kích thước tới hạn tính chất điện, từ, quang… vật liệu LÀM CÁCH NÀO ĐỂ CHẾ TẠO ĐƯỢC VẬT LIỆU NANO? Hình 2: Hai ngun lý cơng nghệ nano Có hai phương thức để chế tạo vật liệu nano “top–down” “bottom-up” “Top-down” nghĩa chia nhỏ hệ thống lớn để tạo đơn vị kích thước nano phương pháp nghiền, biến dạng … “Bottom –up” phương thức lắp ghép 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)… Hình – Các loại cacbon ống nano CÔNG NGHỆ NANO – CUỘC CÁCH MẠNG TRONG MỌI LĨNH VỰC ĐIỀU GÌ LÀM NÊN SỰ KHÁC BIỆT CỦA VẬT LIỆU NANO? Vật liệu nano với kích thước nhỏ khoảng -100nm có tính chất thú vị khác hẳn so với vật liệu khối thường thấy Sự thay đổi tính chất cách đặc biệt kích thước nano cho hiệu ứng bề mặt kích thước tới hạn vật liệu nano Hiệu ứng bề mặt: Ở kích thước nano, tỉ lệ nguyên tử bề mặt thường lớn so với tổng thể tích hạt Các nguyên tử bề mặt đóng vai trị tâm 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… vật liệu có kích thước tới hạn mà kích thước vật liệu kích thước tính chất khơng cịn tuân theo định luật với vật liệu vĩ mơ thường gặp Vật liệu nano có tính chất đặc Hình – Carbon fulleren C60 48 Khoa học & Ứng dụng Hình 5- Mối quan hệ cơng nghệ nano ngành khác Công nghệ nano cho phép thao tác sử dụng vật liệu tầm phân tử, làm tăng tạo tính chất đặc biệt vật liệu, giảm kích thước thiết bị, hệ thống đến kích thước cực nhỏ Cơng nghệ nano giúp thay hóa chất, vật liệu quy trình sản xuất truyền thống gây nhiễm quy trình gọn nhẹ, tiết kiệm lượng, giảm tác động đến môi trường Công nghệ nano xem cách mạng công nghiệp, thúc đẩy phát triển lĩnh vực đặc biệt y sinh học, lượng, môi trường, công nghệ thông tin, quân sự… tác động đến toàn xã hội Trong y sinh học: hạt nano xem robot nano thâm nhập vào thể giúp người can thiệp qui mơ phân tử hay tế bào Hiện nay, người chế tạo hạt nano có đặc tính sinh học dùng để hỗ trợ chẩn đoán bệnh, dẫn truyền thuốc, tiêu diệt tế bào ung thư… Năng lượng: nâng cao chất lượng pin lượng mặt trời, tăng tính hiệu dự trữ pin siêu tụ điện, tạo chất siêu dẫn làm dây dẫn điện để vận chuyển điện đường dài, … Số 12 - 2010 Điện tử - khí: chế tạo linh kiện điện tử nano có tốc độ xử lý cực nhanh, chế tạo hệ máy tính nano, sử dụng vật liệu nano để làm thiết bị ghi thơng tin cực nhỏ, hình máy tính, điện thoại, tạo vật liệu nano siêu nhẹ - siêu bền sản xuất thiết bị xe hơi, máy bay, tàu vũ trụ… Môi trường: chế tạo màng lọc nano lọc phân tử gây ô nhiễm; chất hấp phụ, xúc tác nano dùng để xử lý chất thải nhanh chóng hồn tồn… PHÁT TRIỂN CƠNG NGHỆ NANO MỘT CÁCH CĨ TRÁCH NHIỆM? Trong vịng hai mươi năm qua, ngành công nghệ nano ngành công nghệ mũi nhọn giới Hàng tỷ đô la đầu tư năm cho nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano, 3.000 phát minh đăng ký quyền sáng chế năm, ngày có nhiều sản phẩm ứng dụng nano đưa thị trường Dự đốn vịng 10-15 năm nữa, công nghệ nano tạo nên khoảng 1.000 tỷ USD kinh doanh thương mại có nhiều ảnh hưởng đến xã hội người Tuy nhiên, nước chưa có quy định chặt chẽ vấn đề phát triển, sử dụng vật liệu nano chưa có đánh giá xác mức độ an tồn sản phẩm nano Cơng nghệ nano có nhiều tiềm to lớn cần phát triển cách có trách nhiệm, khơng chạy theo lợi nhuận mà cần phải nghiên cứu nghiêm túc tác động đến người môi trường nhằm giảm thiểu tối đa nguy tiềm ẩn Hình 6– Các hạt nano vàng cơng bao bọc protein virus để ngăn cản phát triển virus CÁC NGUY CƠ TIỀM ẨN CỦA CÔNG NGHỆ NANO? Các hạt nano có khả gây hại đến sức khỏe người nào? Câu hỏi chưa có lời giải đáp cách rõ ràng Một số nghiên cứu cho thấy, hạt nano gây bệnh ung thư phổi giống tác nhân amiăng trước Các hạt nano phương tiện trị bệnh gây mầm mống bệnh qui mô tế bào hay làm biến đổi gen, ADN… Hình – Tiêu diệt tế bào ung thư phương pháp sử dụng vật liệu nano-bio Các hạt nano TiO2 gắn kết thêm kháng thể đưa vào tế bào ung thư Các hạt nano – bio gặp lượng ánh sáng TiO2 giải phóng gốc oxi tự gốc tiêu diệt tế bào ung thư (*) Giảng viên Khoa Khoa Học Ứng Dụng – Trường ĐH Tôn Đức Thắng TÀI LIỆU THAM KHẢO Chemical Synthesis of Nanostructured Materials (http://ltp.epfl.ch) Growing concern over nanotech (http://www.abc.net.au) Big picture on nanoscience (http://nanotechnology.com) When science fiction becomes reality: nanotechnology (ww globalization101.org) Nguyễn Đức Nghĩa, Hóa học nano cơng nghệ vật liệu nguồn Hình 7– Mơ hình robot nano ứng dụng y học Các hạt nano có đặc tính sinh học xem robot nano giúp truyền thuốc, tiêu hủy tế bào ung thư Số 12 - 2010 Khoa học & Ứng dụng 49 ... hay phân tử, người quan sát hiểu rõ lĩnh vực nano Công nghệ nano bắt đầu đầu tư nghiên cứu phát triển mạnh mẽ Ra đời hai mươi năm, ngành công nghệ non trẻ công nghệ nano phát triển với tốc độ... cơng nghệ nano ngành công nghệ mũi nhọn giới Hàng tỷ đô la đầu tư năm cho nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano, 3.000 phát minh đăng ký quyền sáng chế năm, ngày có nhiều sản phẩm ứng dụng nano. .. liệu vĩ mơ thường gặp Vật liệu nano có tính chất đặc Hình – Carbon fulleren C60 48 Khoa học & Ứng dụng Hình 5- Mối quan hệ công nghệ nano ngành khác Công nghệ nano cho phép thao tác sử dụng vật