Ứng dụng của lĩnh vực nano
Hôm nay chúng mình sẽ đem đến cho các bạn một trong các lĩnh vực được xem là hàng đầu của nhân loại hiện nay, bật mí nhỏ:" Đây là lĩnh vực hái ra tiền đó", chúc các bạn có khoảng thời gian đọc bài và tìm hiểu một cách vui vẻ!!! :>
----------------------------------------------------
“There’s Plenty of Room at Bottom”
Richard Feynman
Hình minh hoạ Feynman đang diễn giải
1. Khoa học nano, công nghệ nano, vật liệu nano, hạt nano là gì?
- Khoa học nano, nói nôm na là 1 ngành khoa học chuyên nghiên cứu về các hiện tượng và vận dụng vào các vật liệu ở các quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử. Tại đó, các tính chất thông thường vật liệu như Quang, Điện, Từ, Nhiệt, Xúc tác khác hoàn toàn so với các tính chất của chúng tại quy mô lớn hơn.
- Công nghệ nano là công việc hay công nghệ thiết kế phân tích những đặc trưng, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị, và hệ thống bằng việc điều khiển hình dạng và kích thước trên quy mô nanomet (nm)
- Vật liệu nano, được xem là đối tượng của cả 2 lĩnh vực: Công nghệ nano và Khoa học nano. Là các cấu trúc, thiết bị, hệ thống,... Các vật liệu với kích thước như vậy có những tính chất hoá học, nhiệt, điện, từ, quang, xúc tác,... rất đặc biệt, khác hẳn các vật liệu có kích thước lớn hơn.
- Hạt nano là một loại hạt siêu nhỏ, có kích thước khoảng từ 1 đến 100 nanomet (nm). Nano viết tắt của nanomet (nm), 1nm = 10-9 m (một phần tỉ mét). Trong 1nm có thể đặt 10 nguyên tử đứng cạnh nhau, như vậy Nano là chỉ kích thước, không phải tính chất. Mắt người không thể phát hiện được, các hạt nano sẽ thể hiện tính chất vật lý và hoá học khác nhau đáng kể so với các đối tượng vật liệu lớn hơn chúng nhiều lần.
Theo định nghĩa của Uỷ ban Châu Âu, kích thước hạt nano của ít nhất một nửa số hạt trong phân bố phải từ 100nm trở xuống. Hầu hết các hạt nano chỉ được tạo thành từ vài trăm nguyên tử.
- Vào năm 1959, Richard Feynman đọc diễn văn tại Hội Vật Lý Hoa Kỳ, đề xuất ý kiến hãy học tập các hệ sinh học để chế tạo các thiết bị có kích thước thu nhỏ đến nguyên tử, phân tử. Với câu nói nổi tiếng của ông:”There’s Plenty of Room at Bottom”. Câu này dịch ra có nghĩa là “Còn rất nhiều bí ẩn ở cấp độ vi mô”.
- Năm 1974 thì thuật ngữ “nanotechnology” lần đầu được sử dụng bởi Norio Taniguchi, tuy nhiên lúc này nó chưa thật sự được phổ biến. Mãi đến những năm 1980 thì thuật ngữ này được phổ biến bởi Eric Drexler và được sử dụng rộng rãi đến ngày nay.
- Sau khi kính hiển vi Scanning Tunneling Microscope (STM) ra đời vào năm 1984 thì khi đó các nhà khoa học mới bắt đầu chú ý đến các cấp độ vi mô, vì STM cho phép nhìn tới mức nguyên tử.
- Sau này có nhiều các dạng nano khác ra đời thúc đẩy nền khoa học này như: Fullerene C60, carbon nanotube,...
- Với cấp độ nano thì các vật liệu bắt đầu có các tính chất kỳ lạ thông qua 3 hiệu ứng này: Hiệu ứng bề mặt, Hiệu ứng kích thước, Hiệu ứng Plasmon bề mặt (cộng hưởng Plasmon).
- Ví dụ, Vàng (AU), sẽ chuyển từ màu vàng sang màu đỏ, đỏ nhạt hoặc tím nhạt hoặc tím hoặc màu xanh lục, tuỳ kích thước hạt. Sự chuyển màu này có được là do trong phân tử nano vàng không hấp thụ ánh sáng có bước sóng nằm trong vùng quang phổ như các miếng vàng khối thông thường. Khi đó các tính chất thường cũng khác biệt. Bạc (Ag) cũng không ngoại lệ.
2. Các phương pháp chế tạo
Tính chất của một hạt nano phụ thuộc vào nhiều yếu tố: hình dáng, kích thước và sự phân bố hạt. Do đó để kiểm soát tốt tính chất của vật liệu, nhiều phương pháp tổng hợp được phát triển. Hạt nano được tổng hợp theo hai hướng:
- Từ các nguyên tử kết hợp lại thành hạt nhỏ, rồi kết dính lại với nhau tạo ra hạt lớn hơn (bottom - up).
- Đi từ vật liệu khối lớn phân chia nhỏ ra thành các hạt có kích thước nano (top - down)
Tùy theo phương pháp tiến hành, lại chia ra thành phương pháp vật lý (phún xạ, bốc bay, ăn mòn laser,...), hóa học, sinh học (Sử dụng các vi sinh vật, vi khuẩn, nấm, tảo, peptide để tổng hợp các hạt nano).
Các hướng chế tạo nano
3. Ứng dụng của lĩnh vực nano
Nano được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau như điện tử - bán dẫn, xây dựng, nghiên cứu, sinh học, y học, môi trường, đời sống,...
Các dạng màu của đánh dấu sinh học huỳnh quang nano
hạt nano
,nano
,bán dẫn
,công nghệ
,y-sinh
,khoa học
Công nghệ nano có thể biến chiếc áo chúng ta đang mặc thành một trạm phát điện di động. Sử dụng các nguồn năng lượng như gió, năng lượng mặt trời và với công nghệ nano sẽ có thể sạc điện cho chiếc smartphone của mình mọi lúc mọi nơi. Ứng dụng này còn được sử dụng rộng rãi hơn với ý tưởng chế tạo những chiếc buồm bằng vật liệu nano, với khả năng chuyển hóa năng lượng tự nhiên thành điện năng. Tuy nhiên ứng dụng này vẫn đang trong quá trình thử nghiệm.
Thảo Hoang
Công nghệ nano có thể biến chiếc áo chúng ta đang mặc thành một trạm phát điện di động. Sử dụng các nguồn năng lượng như gió, năng lượng mặt trời và với công nghệ nano sẽ có thể sạc điện cho chiếc smartphone của mình mọi lúc mọi nơi. Ứng dụng này còn được sử dụng rộng rãi hơn với ý tưởng chế tạo những chiếc buồm bằng vật liệu nano, với khả năng chuyển hóa năng lượng tự nhiên thành điện năng. Tuy nhiên ứng dụng này vẫn đang trong quá trình thử nghiệm.