1.1 KHÁI QUÁT VẬT LIỆU NANO
1.1.10. Ứng dụng của vật liệu nano
Vật liệu nano là một trong những lĩnh vực nghiên cứu đỉnh cao sôi động nhất trong thời gian gần đây. Điều đó đƣợc thể hiện bằng số các công trình khoa học, số
các bằng phát minh sáng chế, số các công ty có liên quan đến khoa học, công nghệ nano tăng theo cấp số mũ. Sản phẩm từ vật liệu nano có nhiều ƣu việt, trong đó có hai ƣu việt chính đó là:
- Vì kích thước cấu trúc nano rất nhỏ do đó tiêu tốn ít vật liệu, ít năng lượng, ít gây ô nhiễm môi trường và giá thành giảm.
- Sản phẩm công nghệ nano có nhiều tính năng mới, không thể thay thế bằng các vật liệu khác đƣợc.
Vì vậy công nghệ nano đã nhanh chóng thâm nhập các ngành công nghiệp và mọi lĩnh vực đời sống, các ứng dụng điển hình nhƣ:
a. Công nghệ nano với vấn đề sức khoẻ và y tế
Việc ứng dụng thành tựu của công nghệ nano vào y tế, bảo vệ sức khoẻ sẽ tạo ra bước nhảy vọt mới của thị trường dịch vụ y tế và thiết bị y tế. Nó làm tăng tốc độ và hiệu quả trong chuẩn đoán, điều trị bệnh. Với công nghệ này, người ta đã chế tạo đƣợc các thiết bị siêu nhỏ và đủ “thông minh” để đƣa thuốc đến đúng địa chỉ cần thiết trong cơ thể, hay có thể can thiệp lên các tổ chức tế bào trong cơ thể để có thể đảm bảo thuốc không ảnh hưởng đến những tế bào khoẻ mạnh gây tác dụng phụ nguy hiểm [3], [17], [27].
Một lĩnh vực mới của công nghệ nano đang đƣợc phát triển là chế tạo các vật liệu nano có tính chất mô phỏng sinh học, từ đó có thể thay thế, sửa chữa đƣợc các mô hỏng trong cơ thể con người.
Hiện nay, y tế nano đang tập trung vào những mục tiêu bức xúc nhất đối với sức khỏe con người, đó là bệnh do di truyền có nguyên nhân từ gen, các bệnh nan y hiện nay nhƣ: HIV/AIDS, ung thƣ, tim mạch, các bệnh đang lan rộng nhƣ: béo phì, tiểu đường, liệt rung (Parkinson), mất trí nhớ (Alzheimer)…
b. Công nghệ nano với vấn đề năng lượng và môi trường [2], [15]
Để giải quyết vấn đề năng lƣợng - một thách thức nghiêm trọng trong thế kỉ này, người ta đã thu được nhiều kết quả khả quan từ công nghệ nano. Các loại pin mặt trời với hiệu suất cao, giá thành giảm, chất xúc tác nano để nâng cao hiệu suất chuyển năng lƣợng của hyđrocacbon thành nhiệt năng, vật liệu nano để chế tạo các
loại vật liệu điện từ mới, các thiết bị điều khiển mới nhằm tiết kiệm năng lƣợng đã xuất hiện.
Các chất làm sạch môi trường cũng đang là vấn đề được quan tâm. Các loại hạt nano hoạt tính cao có thể hấp thụ hoặc vận chuyển chất gây ô nhiễm thành dạng keo huyền phù hoặc sol khí. Các hạt này cũng có thể tham gia vào các quá trình hoá học phức tạp trong khí quyển hoặc trong đất mà ta có thể lựa chọn để khắc phục hoặc làm giảm nhẹ các thảm họa ô nhiễm môi trường.
c. Công nghệ nano với công nghệ thông tin
Sự ra đời của máy tính điện tử đã mở ra cuộc Cách Mạng khoa học công nghệ thông tin với những bước phát triển đột phá trong những thập niên cuối thế kỉ XX cho đến nay. Tuy nhiên, các linh kiện máy tính sử dụng công nghệ này đã tiệm cận giới hạn lý thuyết và tiếp tục phát triển, chúng trở nên quá đắt đỏ. Nếu không tìm ra đƣợc biện pháp thay thế hữu hiệu các linh kiện cũ này thì sẽ không thể đáp ứng đƣợc nhu cầu của bộ nhớ ngày càng lớn theo tốc độ phát triển rất nhanh của công nghệ thông tin. Từ đây công nghệ nano ra đời, đã đƣa ra một giải pháp tuyệt vời cho bài toán hóc búa này. Đó chính là chấm lƣợng tử. Chấm lƣợng tử là một hạt (bán dẫn, kim loại, polyme) có bán kính cỡ vài nanomet. Người ta đã nghiên cứu và chế tạo đƣợc các chíp máy tính với các chấm lƣợng tử gọi là chíp nano có độ tích hợp rất cao, triển vọng cho phép tăng dung lƣợng bộ nhớ của máy tính lên có thể chứa thông tin từ tất cả các thư viện trên thế giới trong thiết bị nhỏ như một viên đường.
d. Công nghệ nano trong cơ khí, vật liệu
Công nghệ nano hiện nay tập trung nghiên cứu mạnh trong lĩnh vực vật liệu.
Việc tìm ra những vật liệu mới với tính năng cơ-lí-hoá đặc biệt để ứng dụng trong cơ khí, xây dựng đang là lĩnh vực nghiên cứu mạnh nhất trong ngành khoa học này.
Các ống nanocacbon là loại vật liệu nano có rất nhiều ứng dụng quý. Do cấu trúc đặc biệt, nên các ống nanocacbon vô cùng bền vững, có độ bền cơ học gấp 10 lần thép và có tính bền nhiệt rất cao. Chúng đƣợc dùng vào làm nguyên liệu sản xuất cho xe hơi, máy bay, tàu vũ trụ…
Các nhà khoa học Mỹ cũng đang chế tạo ra các phòng thí nghiệm siêu nhỏ có thể nằm gọn trong lòng bàn tay nhờ công nghệ nano. Những phòng thí nghiệm này có thể cho ngay kết quả phân tích ở nơi ủ bệnh.
Đặc biệt, công nghệ nano trong tương lai còn có thể cho phép tạo ra những vật liệu gần giống với vật liệu trong cơ thể con người nhằm thay thế những phần cơ thể bị hỏng của con người.
e. Công nghệ nano với an ninh quốc phòng
Quốc phòng cũng là một lĩnh vực đang rất chú ý đến nghiên cứu công nghệ nano. Giới quân sự Mỹ giờ đây đặc biệt quan tâm đến công nghệ này.
Điều dễ hiểu là những thiết bị kỹ thuật siêu nhỏ có thể trở thành vũ khí nguy hiểm hơn cả bom nguyên tử. Với một đội quân vô hình và sự nhân bản, robot siêu nhỏ có thể tiêu diệt kẻ thù trong chớp nhoáng.
Hiện nay, công nghệ nano đang là một thách thức đối với chiến lƣợc phát triển khoa học ở nhiều nước, đặc biệt là những nước có nền khoa học phát triển như Mỹ, Đức, Pháp và Nhật Bản.
Ngoài những ứng dụng cơ bản trên, công nghệ nano còn có nhiều ứng dụng quan trọng trong nhiều ngành nghề khác nhau nhƣ thực phẩm, nông nghiệp,… Trên cơ sở khoa học và thực tiễn đã thu đƣợc, ta có thể thấy rằng chắc chắn công nghệ nano sẽ tạo nên một cuộc cách mạng chƣa từng có trong khoa học và đời sống.