trong cái nhìn của các nhà vật lý, chúng ta đã có đủ toàn bộ vật liệu nano từ hạt nano (chấm lượng tử) với zero thứ nguyên, ống than nano một thứ nguyên và graphe[r]
(1)tháng 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
“tù nHân” cỦA Sự tHÔnG tHÁi
GS tRƯơnG Văn tân
Việc KHÁM PHÁ QUả BónG ĐÁ 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 Màn Một Kỷ nGUYÊn Mới cỦA nGHiÊn cứU KHOA Học Và cÔnG nGHệ HAi LOại Vật LiệU nAnO HữU nàY nHƯ Một cHi LƯU QUAn tRọnG HịA nHậP VàO DịnG tHÁc "cƠnG nGHệ nAnO" MAnH nHA VàO tHậP niÊn 80 cỦA tHế Kỷ tRƯớc
KHOA Học & PHÁt tRiển
(2)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 nguyên nhân việc trao giải nobel cho Geim novoselov, hai ông chế tạo graphene vào năm 2004 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 nhìn nhà vật lý, có đủ tồn 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 phịng 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
KHOA Học & PHÁt tRiển
43
(3)phương pháp sản xuất vật liệu "cổ điển" có thương trường vấn đề an toàn 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 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 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
các 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 thực tế, ống than nano không hữu ống riêng lẻ mà nhiều ống dính vào thành cụm hay bó 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
giữa ống tiếc rằng, độ cứng (mô-đun 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 (2010), chưa có phương pháp hữu hiệu để tách ống than nano hoàn toàn thành ống riêng lẻ 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 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 khơng 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 vòng 40 năm ngày nay, transistor silicon thu nhỏ vài chục triệu lần giá chế tạo transistor giảm triệu lần 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 ngun tố silicon hafnium có kích thước 45 nanomét transistor nhỏ thương trường transistor nhỏ đến mức KHOA Học & PHÁt tRiển
(4)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 đoán 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 nhiên, thu nhỏ transistor silicon vượt mức nhỏ 10 nanomét 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 kích cỡ nhỏ tận transistor Rõ ràng đột
phá mang tính hàn lâm Sẽ cịn 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 "thông 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 hồn thành nhiệm vụ mà khơng 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 ngồi
Vấn đề an tồn sức khỏe độc tính vật liệu nano trở thành mối quan tâm hàng đầu phủ doanh nghiệp
luồng nước ngầm nguy hiểm cuồn cuộn chảy dịng 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 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 nhô gợn sóng lăn tăn mặt hồ thu sóng thần đại dương làm khuynh đảo giới
KHOA Học & PHÁt tRiển
45