Trong công nghệ nano, các phƣơng pháp tổng hợp vật liệu cấu trúc nano đƣợc thực hiện theo hai cách tiếp cận, đó là: từ trên xuống (top - down) và từ dƣới lên (bottom - up).
Phƣơng pháp từ trên xuống: tạo ra các vật liệu có cấu trúc nano từ vật liệu ban đầu có kích thƣớc vĩ mô bằng việc thực hiện các quá trình nhƣ: ăn mòn, thiêu kết, khắc nano bằng cách sử dụng chùm electron hoặc chùm photon. Ƣu điểm của phƣơng pháp chế tạo này là: có thể điều chỉnh đƣợc chính xác vị trí và hƣớng của vật liệu. Tuy nhiên, nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là khó tạo ra đƣợc cấu trúc nhỏ hơn 10 nm, do sự nhoè của các chùm tia khắc.
39
Ngƣợc lại, ở phƣơng pháp từ dƣới lên, cấu trúc nano đƣợc tạo thành từ các nguyên tử hoặc ion riêng biệt bằng việc điều khiển quá trình nuôi, tạo mầm. Phƣơng pháp từ dƣới lên có thể là phƣơng pháp vật lý, hóa học hoặc kết hợp cả hai phƣơng pháp hóa - lý.
- Phương pháp vật lý: là phƣơng pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc chuyển pha. Các nguyên tử hình thành nên vật liệu nano đƣợc tạo ra từ phƣơng pháp vật lý nhƣ: bốc bay nhiệt (đốt, phún xạ, phóng điện hồ quang, ...) hay phƣơng pháp chuyển pha: vật liệu đƣợc nung nóng rồi cho nguội với tốc độ nhanh để thu đƣợc trạng thái vô định hình, xử lý nhiệt để xảy ra chuyển từ pha vô định hình tinh thể, kết tinh. Phƣơng pháp vật lý thƣờng đƣợc dùng để tạo các hạt nano, màng nano.
- Phương pháp hóa học: là phƣơng pháp tạo vật liệu nano từ các ion. Phƣơng pháp hóa học có đặc điểm là rất đa dạng vì tùy thuộc vào vật liệu cụ thể mà ngƣời ta phải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp. Tuy nhiên, chúng ta vẫn có thể phân loại các phƣơng pháp hóa học thành hai loại: hình thành vật liệu nano từ pha lỏng (phƣơng pháp kết tủa, sol-gel, ...) và từ pha khí (nhiệt phân, ...). Phƣơng pháp này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano,...
- Phương pháp kết hợp hoá-lý: là phƣơng pháp tạo vật liệu nano dựa trên các nguyên tắc vật lý và hóa học nhƣ: điện phân, ngƣng tụ từ pha khí,... Phƣơng pháp này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano,...
Trong những thập niên gần đây, đã có nhiều phƣơng pháp tổng hợp vật liệu có cấu trúc nano. Dƣới đây là giới thiệu chung của một số phƣơng pháp tổng hợp vật liệu nano điển hình.