TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Khoa KỸ THUẬT HÓA HỌC

BÀI TIỂU LUẬN

VẬT LIỆU NANO

Giảng viên hướng dẫn : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN.

Nhóm sinh viên thực hiện:

1. Võ Đức Nam Vũ 60903377

2. Vũ Huy Hoàng 61301372

3. Hồ Minh Trung 61304410

4. Lê Văn Thanh 61305051

TP.HCM 25/09/2015

LỜI NÓI ĐẦU

Lý do chọn đề tài ?

Vật liệu Nano hiện nay không còn là môt khái niệm xa lạ đối với mọi người, bởi vì sự có mặt của chúng trong cuộc sống hàng ngày từ y tế, môi trường, máy tính cho đến các ngành công nghiệp quân sự. Tất cả mọi thứ xung quanh chúng ta đều có sự hiện diện của vật liệu nano.

Qua một số giới thiệu trên đây chúng ta không thể phủ nhận và phớt lờ đi những đặc tính kì diệu của vật liệu nano mang lại. Vậy “tại sao chúng ta-những con người trong thời đại mới-thời đại khoa học công nghệ, không tìm hiểu về một loại vật liệu nhỏ nhưng có võ-vật liệu nano?”. Chúng tôi còn cho rằng dây là: “VUA CỦA MỌI LOẠI VẬT LIỆU”. Đây cũng chính là lý do chúng tôi chọn đề tại này nhằm giới thiệu cho các bạn một cách tổng quan về vật liệu nano, tạo hứng thú trong học tập và nghiên cứu các loại vật liệu. Trong quá trình nghiên cứu và soạn thảo ắt hẳn không tránh khỏi những sai sót, mong quý bạn đọc thông cảm và góp ý.

Trong phạm vi đề tài này sẽ giới thiệu cho các bạn về các vấn đề liên quan đến vật liệu nano:

Tổng quan về ngành công nghệ Nano.

Phương pháp chế tạo.

Ứng dụng trong thực tế và kĩ thuật.

Tầm quan trọng và tiềm năng phát triển.

Trong khuôn khổ nghiên cứu tài liệu trên Internet, sách vở, tạp chí, và tham khảo ý kiến của các thầy cô giáo về lĩnh vực vật liệu nano

I. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHỆ NANO:

gày nay, có thể ta tình cờ nghe một vài vấn đề nào đó hoặc một sản phẩm nào đó có liên quan đến hai chữ “nano”. Ở khoảng nửa thế kỷ trước, đây thực sự là một vấn đề mang nhiều sự hoài nghi về tính khả thi, nhưng trong thời đại ngày

nay ta có thể thấy được công nghệ nano trở thành một vấn đề hết sức thời sự và được sự quan tâm nhiều hơn của các nhà khoa học. Các nước trên thế giới hiện nay đang bước vào một cuộc chạy đua mới về phát triển và ứng dụng công nghệ nano.

NVẬY NANO RA ĐỜI VÀ PHÁT TRIỂN NHƯ THẾ NÀO ?

Tiền tố Nano xuất hiện lần đầu tiên trong tài liệu khoa học vào năm 1908, khi Lohmann sử dụng nó để chỉ các sinh vật có đường kính 200 nm. Tiếp theo, năm 1959, Richard Feynman (1918-1988-giải Nobel vật lý năm 1965) đã có dự đoán thiên tài về CNNN thông qua bài phát biểu “there’s plenty of room at the bottom” (có rất nhiều chỗ trống ở miệt dưới) tại California Institute of Technology (Caltech, Mỹ). Vấn đề ông đặt ra là làm sao có thể chứa toàn bộ 24 quyển Bách Khoa Từ điển Britannica với tổng cộng 25000 trang giấy trên đầu cây kim có đường kính 1,5 mm. Kỹ thuật ở đây mà ông muốn nói tới là phương pháp “từ trên xuống”, nó là tiền đề và là “linh hồn” để chúng ta có những chiếc máy tính to bằng vài tòa nhà thành những chiếc máy tính có thể bỏ balo mang đi dễ dàng như bây giờ.

Theo dòng thời gian, Gordon Moore, 1 trong những nhà sáng lập của công ty Intel (Mỹ), trong một bài viết vào năm 1965 đã tiên đoán bằng trực giác của một nhà khoa học là cứ mỗi hai năm mật độ của các transistor được nhồi vào mỗi chip cho máy vi tính sẽ tăng gấp đôi nhờ vào kỹ thuật thu nhỏ và đặc tính của nguyên tố silicon.

Vào năm 1974, Tanigushi lần đầu tiên sử dụng thuật ngữ công nghệ nano (nano technology) hàm ý sự liên kết các vật liệu cho kĩ thuật chính xác trong tương lai. Hiện tại trong khoa học, tiền tố nano biểu thị con số 10-9 m.

Tổ chức Nanotechnology Initiative (NN) trực thuộc chính phủ Mỹ định nghĩa công nghệ nano (CNNN) là “bất cứ thứ gì liên quan đến các cấu trúc có kích thước nhỏ hơn 100nm”.

Cụ thể hơn, CNNN là khoa học, kỹ thuật và thao tác liên quan đến các hệ thống có kích thước nano, ở đó các hệ thống này thực hiện nhiệm vụ điện, cơ, sinh, hóa hoặc tính toán đặc biệt. Nền tảng của công nghệ này là hiện tượng “các cấu trúc, thiết bị và hệ thống có tính chất, chức năng mới khi ở kích thước siêu nhỏ”. Cấu trúc cơ bản của CNNN bao gồm các hạt hay tinh thể nano, lớp nano và ống nano. Các cấu trúc nano này khác nhau ở chỗ chúng được tạo ra như thế nào và các nguyên tử, phân tử của chúng được sắp xếp ra sao.

*Hướng nghiên cứu chính:

Trên thế giới:

1.Hạt nano, robot nano để điều trị bệnh tật trong y học, các loại vật liệu kháng khuẩn.

2.Sản xuất các loại pin có thẻ lưu trữ đươc nhiều năng lượng.

3.Sử dụng CNNN để sản xuất quần áo kháng khuẩn, kháng mùi và biến quần áo thành các trạm điện di động có thể sạc pin điện thoại nhờ vào các nguồn năng lượng gió, mặt trời…

4. Lấy tự nhiên làm hình mẫu để phấn đấu. Sản xuất các thiệt bị có độ bám tốt như loài thạch sung, chống dính như lá sen…

5. Sản xuất các loại thực phẩm nhờ CNNN để tăng độ hấp dẫn cũng như giá trị dinh dưỡng cho các món ăn.

Tại Việt Nam:

Phòng Khoa học và Công nghệ Nano tập trung hỗ trợ và chủ trì triển khai các nghiên cứu về phát triển các cấu trúc vật liệu mới-thông minh, vật liệu có cấu trúc nano và linh kiện micro-nano trên cơ sở khai thác tối đa tính liên ngành của các ngành khoa học và công nghệ trong trường ĐHBKHN như: Khoa học và công nghệ vật liệu; Khoa học và công nghệ hóa học; Vật lý và khoa họcmáy tính; Điện, điện tử, công nghệ sinh học và môi trường.

1. Nghiên cứu tổng hợp và xử lý các vật liệu kích thước nano, các cấu trúc, hệ thống vật liệu có cấu trúc nano.

2. Tiến hành các hoạt động nghiên cứu mang tính dài hạn về khoa học và công nghệ nano, dẫn tới việc tăng cường hiểu biết về các tính chất cơ bản của vật liệu và công nghệ nano, đồng thời khám phá, phát hiện các hiện tượng mới, các quy trình

chế tạo và các dụng cụ phương tiện phục vụ cho công nghệ nano.

3. Nghiên cứu chế tạo các thiết bị, linh kiện có kích thước nano nhằm khai thác các tính năng ưu việt của vật liệu nano.

4. Ứng dụng và chuyển giao công nghệ các vật liệu và các hệ thống có cấu trúc nano vào các ứng dụng cụ thể trong các ngành năng lượng, môi trường, y tế, điện tử - viễn thông.

Vậy chúng ta hãy cùng tìm hiểu xem công nghệ NANO là gì và các ứng dụng của nó như thế nào ?

1. Khái niệm chung và đặc điểm :

Vật liệu nano là gì?

Vật liệu nano là vật liệu có ít nhất một chiều kích thước Nanomet. Nó là đối tượng nghiên cứu của khoa học và công nghệ nano. Khi người ta nói đến nano, tức là nói đến một phần tỉ của cái gì đó. Ví dụ, một nano giây tức là 1/1.000.000.000 giây.

Mục đích của công nghệ nano:

Mục đích của công nghệ nano là xây dựng một cấu trúc nhỏ bé nhất từ những nguyên liệu cơ bản trong bảng tuần hoàn hóa học và như vậy có thể chế tạo ra những vật liệu, nguyên liệu với các đặc tính mới.

Công nghệ nano tìm cách lấy phân tử đơn nguyên tử nhỏ để lắp ráp ra những vật to kích cỡ bình thường để sử dụng, đây là cách làm từ nhỏ đến lớn khác với cách làm thông thường từ trên xuống dưới, từ to đến nhỏ.

Công nghệ nano đã mở ra một kỷ nguyên mới trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật, đặc tính của nguyên liệu hoàn toàn thay đổi khi dùng nano để xử lý.

Với sự phát triển như hiện nay, các nhà khoa học cho rằng, trong tương lai không xa, con người sẽ chế tạo ra những chiếc máy nano thông minh có khả năng mô phỏng thiên nhiên, lắp ghép các nguyên tử, phân tử và lập trình để chúng thực hiện theo những chức năng cần thiết, tạo ra những thứ có ích hoặc tiêu diệt những chất có hại.

Phân loại vật liệu nano:

Về trạng thái của vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái, rắn, lỏng và khí. Vật liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay, chủ yếu là vật liệu rắn, sau đó mới đến chất lỏng và khí. Về hình dáng vật liệu, người ta phân ra thành các loại sau:

Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano), ví dụ, đám nano, hạt nano...

Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, ví dụ, dây nano, ống nano,...

Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano, ví dụ, màng mỏng,...

Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau.

2. Cấu tạo và tính chất

Cấu tạo và tính chất của vật liệu nano đều bắt nguồn từ cơ sở khoa học của nó.

Có ba cơ sở khoa học để nghiên cứu công nghệ nano.

Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử

Đối với vật liệu vĩ mô gồm rất nhiều nguyên tử, các hiệu ứng lượng tử được trung bình hóa với rất nhiều nguyên tử (1 μm3 có khoảng 1012 nguyên tử) và có thể bỏ qua các thăng giáng ngẫu nhiên. Nhưng các cấu trúc nano có ít nguyên tử hơn thì các tính chất lượng tử thể hiện rõ ràng hơn. Ví dụ một chấm lượng tử có thể được coi như một đại nguyên tử, nó có các mức năng lượng giống như một nguyên tử.

Hiệu ứng bề mặt

Khi vật liệu có kích thước nm, các số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử. Chính vì vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt, gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu có kích thước nanomet khác biệt so với vật liệu ở dạng khối.

Kích thước tới hạn

Các tính chất vật lý, hóa Các tính chất vật lý, hóa học của các vật liệu đều có một giới hạn về kích thước. Nếu vật liệu mà nhỏ hơn kích thước này thì tính chất của nó hoàn toàn bị thay đổi. Người ta gọi đó là kích thước tới hạn. Vật liệu nano có tính chất đặc biệt là do kích thước của nó có thể so sánh được với kích thước tới hạn của các tính chất của vật liệu. Ví dụ: điện trở của một kim loại tuân theo định luật Ohm ở kích thước vĩ mô mà ta thấy hàng ngày. Nếu ta giảm kích thước của vật liệu xuống nhỏ hơn quãng đường tự do trung bình của điện tử trong kim loại, mà thường có giá trị từ vài đến vài trăm nm, thì định luật Ohm không còn đúng nữa. Lúc đó điện trở của vật có kích thước nano sẽ tuân theo các quy tắc lượng tử. Không phải bất cứ vật liệu nào có kích thước nano đều có tính chất khác biệt mà nó phụ thuộc vào tính chất mà nó được nghiên cứu. Các tính chất khác như tính chất điện, tính chất từ, tính chất quang và các tính chất hóa học khác đều có độ dài tới hạn trong khoảng nm.

Giải thích tính chất mới lạ của vật liệu nano?

ật liệu nano có những tính chất mới lạ do chúng ở kích thước nhỏ bé và những kích thước này thay đổi theo kích thước và hình dạng của chúng. Do đặc điểm của kích thước, tính chất của vật liệu nano nằm giữa tính chất

lượng tử của nguyên tử và tính chất khối của vật liệu. Có nhiều nguyên nhân để giải thích hiện tượng này và tùy thuộc vào kiểu vật liệu. Trong các chất bán dẫn nó có được do sự hạn chế chuyển động của electron trong một không gian nhỏ hơn so với dạng khối. Với những kim loại loại qúy khi kích thước hạt giảm đến khoảng vài chục nano mét có một sự hấp thụ mới, rất mạnh từ sự dao động cộng hưởng của các electron trong vùng dẫn từ bề mặt của hạt này đến bề mặt của hạt khác. Sự dao động này có một tần số tương ứng với vùng khả biến. Điều này gọi là sự hấp thụ plasmon bề mặt.Sự hấp thụ

V

mạnh này sinh một đặc trưng màu rực rỡ và đã được ứng dụng từ thế kỉ 17 nhưng thời đó chưa giải thích được.Những hạt vàng có thể sinh ra màu hồng sáng chói và được dùng trong sản xuất kính màu cho những cửa sổ ở các nhà thờ ở Châu Âu, trong gốm sứ, và cá vật dụng trang trí khác ở Trung Quốc. Với nhiều kim loại chuyển tiếp, việc giảm kích thước hạt sẽ làm tăng tỉ lệ diện tích bề mặt trên thể tích hạt. Điều này sẽ làm cho chúng có nhiều ứng dụng và khả năng hơn trong ứng dụng làm chất xúc tác và hấp phụ.

II. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO

ật liệu nano được chế tạo bằng hai phương pháp:

phương pháp từ trên xuống và phương pháp từ dưới lên. Phương pháp từ trên xuống là phương pháp tạo hạt kích thước nano từ các hạt có kích thước lớn hơn; phương pháp từ dưới lên là phương pháp hình thành hạt nano từ các nguyên tử.

V

1. Phương pháp từ trên xuống.

Nguyên lý: Dùng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến vật liệu có kích thước lớn về kích thước nano.

+ Trong phương pháp nghiền, vật liệu ở dạng bột được trộn lẫn với những viên bi được làm từ các vật liệu rất cứng và đặt trong một cái cối. Máy nghiền có thể là nghiền lắc, nghiền rung hoặc nghiền quay (còn gọi là nghiền kiểu hành tinh). Các viên bi cứng va chạm vào nhau và phá vỡ bột đến kích thước nano. Kết quả thu được là vật liệu nano không chiều (các hạt nano).

+ Trong phương pháp biến dạng có thể là đùn thủy lực, tuốt, cán, ép. Nhiệt độ có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể. Nếu nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ phòng thì được gọi là biến dạng nóng, còn nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ phòng thì được gọi là biến dạng nguội. Kết quả thu được là các vật liệu nano một chiều (dây nano) hoặc hai chiều (lớp có chiều dày nm).

+ Ngoài ra, hiện nay người ta thường dùng các phương pháp quang khắc để tạo ra các cấu trúc nano phức tạp.

Ưu điểm: Đây là các phương pháp đơn giản, rẻ tiền nhưng rất hiệu quả, có thể chế tạo được một lượng lớn vật liệu.

Nhược điểm: Tính đồng nhất của vật liệu không cao, dễ lẫn nhiều tạp chất không mong muốn.

2. Phương pháp từ dưới lên.

Nguyên lý: Hình thành vật liệu nano từ các nguyên tử hoặc ion. Phương pháp từ dưới lên được phát triển rất mạnh mẽ vì tính linh động và chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Phần lớn các vật liệu nano mà chúng ta dùng hiện nay được chế tạo từ phương pháp này. Phương pháp từ dưới lên có thể là phương pháp vật lý, hóa học hoặc kết hợp cả hai phương pháp hóa-lý.

+ Phương pháp vật lý: Là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc chuyển pha. Nguyên tử để hình thành vật liệu nano được tạo ra từ phương pháp vật lý: bốc bay nhiệt (đốt, phún xạ, phóng điện hồ quang). Phương pháp chuyển pha: vật liệu được nung nóng rồi cho nguội với tốc độ nhanh để thu được trạng thái vô định hình, xử lý nhiệt để xảy ra chuyển pha vô định hình - tinh thể (kết tinh) (phương pháp nguội nhanh). Phương pháp vật lý thường được dùng để tạo các hạt nano, màng nano, ví dụ: ổ cứng máy tính.

+ Phương pháp hóa học: Là phương pháp tạo vật liệu nano từ các ion. Phương pháp hóa học có đặc điểm là rất đa dạng vì tùy thuộc vào vật liệu cụ thể mà người ta phải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp. Tuy nhiên, chúng ta vẫn có thể phân loại các phương pháp hóa học thành hai loại: hình thành vật liệu nano từ pha lỏng (phương pháp kết tủa, sol-gel,...) và từ pha khí (nhiệt phân,...). Phương pháp này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano,...

+ Phương pháp kết hợp: Là phương pháp tạo vật liệu nano dựa trên các nguyên tắc vật lý và hóa học như: điện phân, ngưng tụ từ pha khí,... Phương pháp này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano,...

Ta cũng có thể chia phương pháp chế tạo vật liệu nano theo một cách khác sau đây:

Các vật liệu nano có thể thu được bằng bốn phương pháp phổ biến, mỗi phương pháp đều có những điểm mạnh và điểm yếu, một số phương pháp chỉ có thể được áp dụng với một số vật liệu nhất định mà thôi.

* Phương pháp hóa ướt (wet chemical):

Bao gồm các phương pháp chế tạo vật liệu dùng trong hóa keo (colloidal chemistry), phương pháp thủy nhiệt, sol-gel, và kết tủa.

Theo phương pháp này, các dung dịch chứa ion khác nhau được trộn với nhau theo một tỷ phần thích hợp.

Dưới tác động của nhiệt độ, áp suất mà các vật liệu nano được kết tủa từ dung dịch. Sau các quá trình lọc, sấy khô, ta thu được các vật liệu nano.

Ưu điểm: + Các vật liệu có thể chế tạo được rất đa dạng, chúng có thể là vật liệu vô

cơ, hữu cơ, kim loại. + Đặc điểm của phương pháp này là rẻ tiền và có thể chế tạo được một khối

lượng lớn vật liệu. Nhược điểm: + Các hợp chất có liên kết với phân tử nước có thể là một khó khăn. + Phương pháp sol-gel thì không có hiệu suất cao.

* Phương pháp cơ học (mechanical)

Bao gồm các phương pháp tán, nghiền, hợp kim cơ học.

Theo phương pháp này, vật liệu ở dạng bột được nghiền đến kích thước nhỏ hơn.

Ngày nay, các máy nghiền thường dùng là máy nghiền kiểu hành tinh hay máy nghiền quay.

Phương pháp này thường được dùng để tạo vật liệu không phải là hữu cơ như là kim loại.

Ưu điểm:

+ Đơn giản, dụng cụ chế tạo không đắt tiền và có thể chế tạo với một lượng lớn vật liệu.

Nhược điểm:

+ Là các hạt bị kết tụ với nhau, phân bố kích thước hạt không đồng nhất, dễ bị nhiễm bẩn từ các dụng cụ chế tạo và thường khó có thể đạt được hạt có kích thước nhỏ.

* Phương pháp bốc bay

Gồm các phương pháp quang khắc (lithography), bốc bay trong chân không (vacuum deposition) vật lí, hóa học.

Các phương pháp này áp dụng hiệu quả để chế tạo màng mỏng hoặc lớp bao phủ bề mặt tuy vậy người ta cũng có thể dùng nó để chế tạo hạt nano bằng cách cạo vật liệu từ đế.

Hạn chế: Tuy nhiên phương pháp này không hiệu quả lắm để có thể chế tạo ở quy mô thương mại.

* Phương pháp hình thành từ pha khí (gas-phase)

Nguyên tắc của các phương pháp này là hình thành vật liệu nano từ pha khí.

Gồm các phương pháp nhiệt phân (flame pyrolysis), nổ điện (electro-explosion), đốt laser (laser ablation), bốc bay nhiệt độ cao, plasma.

+ Nhiệt phân là phương pháp có từ rất lâu, được dùng để tạo các vật liệu đơn giản như carbon, silicon.

+ Phương pháp đốt laser thì có thể tạo được nhiều loại vật liệu nhưng lại chỉ giới hạn trong phòng thí nghiệm vì hiệu suất của chúng thấp.

+ Phương pháp plasma một chiều và xoay chiều có thể dùng để tạo rất nhiều vật liệu khác nhau nhưng lại không thích hợp để tạo vật liệu hữu cơ vì nhiệt độ của nó có thể đến 9000oC.

Phương pháp hình thành từ pha khí dùng chủ yếu để tạo lồng carbon (fullerene) hoặc ống carbon, rất nhiều các công ty dùng phương pháp này để chế tạo vật liệu nano ở quy mô thương mại.

III. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NANO.

Công nghệ nano là một trong những công nghệ tiên tiến bậc nhất hiện nay và có

rất nhiều ứng dụng trong y học, điện tử, may mặc, thực phẩm v.v... Trong tương lai, nó

có thể cứu sống bạn khỏi căn bệnh ung thư, tạo ra những bộ quần áo chống bụi bẩn,

thậm chí thay đổi cả các loại đồ ăn. Ứng dụng của công nghệ nano dường như là vô

hạn.

  Trong những năm

gần đây, chúng ta thường

được nghe đến công

nghệ   nano  trong một số dự

án nghiên cứu về vật liệu, y

học v.v.. Đối với một số

người thì đây là một khái

niệm khá trừu tượng, chúng

ta cũng không thể nhìn thấy hay cảm thấy nó tồn tại. Tuy nhiên công nghệ nano đang

góp phần lớn giúp thay đổi bộ mặt của khoa học công nghệ hiện nay, ứng dụng của nó là

rất rộng rãi từ vật liệu, xây dựng, sản phẩm tiêu dùng đến y tế, điện tử và rất nhiều ứng

dụng khác nữa.

1. Công nghệ NANO có thể cứu sống bạn (trong y học,môi trường...)

+ Diệt khối ung thư bằng đạn Nano:

Hình : Viên đạn nano sinh học gắn vào tế bào.

Lâu nay để chữa ung thư có cách là phẫu thuật, cắt bỏ khối ung thư có cách là uống

thuốc, chiếu xạ…để chữa trị, thực chất cũng là nhằm trừ khử cac tế bào ung thư.

Việc phẫu thuật có nhiều nguy hiểm, dễ bị cắt sót cũng như cắt lạm sang chỗ lành.

Việc uống thuốc, chiếu xạ cũng vậy, tiêu diệt được các tế bào ung thư nhưng ít nhiều

cũng tiêu diệt cả tế bào lành.

Các nhà khoa học ở Đại Học Rice ( Houston, Mỹ) đã sang chế ra loại “ đạn nano”

chỉ bắn tiêu diệt tế bào ung thư, không động chạm đến tế bào lành. Mỗi viên đạn thực

chất là một hạt nano oxyt silic (SiO2) có bọc lớp vàng mỏng và có dính tính chất để khi

vào cở thể chỉ nhằm đến dính vào các tế bào ung thư. Sau đó dùng tia hồng ngoại chiếu

vào. Tia hồng ngoại là sóng điện từ, dễ xuyên sau vào cơ bắp và gặp vỏ vàng hạt silic thì

làm cho vỏ này nóng lên( tương tự nhưu nung nóng kim loại bằng lò cao tần) phá hoại tế

bào mà các hạt nano bám vào tức là chỉ phá hoại tế bào ung thư. Những thí nghiệm ban

đầu cho thấy chiếu hồng ngoại trong vài phút các tế bào ung thư đã bị trừ khử bởi sinh

nhiệt sinh ra ở các viên đạn nano.

Hình : Khu vực khoanh đỏ là nơi nanoshell được tiêm vào: trong vài phút bị đốt nóng dưới ánh sáng gần hồng ngoại, các tế bào này đã chết

Ngành công nghệ mới có tên Nano-bio (tạm dịch là Sinh học nano) đang hình thành, sẽ tạo ra những vật liệu mới tạo mô xương, các bộ phận thay thế y sinh học dùng cho con người như da, băng thông minh...

+ Ứng dụng trong các xét nghiệm chẩn đoán bệnh :

Tại rất nhiều quốc gia đang phát triển, việc thiếu các trang thiết bị xét nghiệm và điều trị bệnh gây ra rất nhiều khó khăn cho các bệnh viện.

Tập đoàn Micron ics của Mỹ đã ứng dụng công nghệ nano phát triển một bộ test có tên gọi DxBox, có tác dụng như một thiết bị kiểm tra, chỉ có kích cỡ lớn hơn kích cỡ của một tấm card.

Trên bề mặt của DxBox có chứa thuốc thử ở dạng khô và một hệ thống các ống dẫn nhỏ tạo từ các phân tử nano.

Các bác sĩ có thể tiến hành một thử nghiệm máu đơn giản bằng thiết bị này mà không cần tới hệ thống giữ lạnh để bảo quản thuốc thử mà có thể phát hiện dịch bệnh sốt rét và dịch tả một cách nhanh chóng, dễ dàng; từ đó các bác sĩ có thể đưa ra pháp đồ điều trị bệnh đạt hiệu quả cao và hạn chế được nguy cơ tử vong cao cho bệnh nhân.

+ Ứng dụng trong dẫn truyền thuốc :

Y dược là thị trường lớn nhất tiêu thụ vật liệu nano, các ứng dụng hạt nano để dẫn truyền thuốc ( drug delivery ) đến một vị trí nào đó trên cơ thể là một trong những ví dụ về ứng dụng của hạt nano. Trong ứng dụng này, thuốc được liên kết với hạt nano có tính chất từ, bằng cách điều khiển từ trường để hạt nano cố định ở một vị trí trong một thời gian đủ dài để thuốc có thể khuyếch tán vào các cơ quan mong muốn.

Dẫn truyền thuốc bằng các hạt từ tính đã phát triển từ những năm 1970. Đó là việc sử dụng hạt từ tính như các hạt mang thuốc đến vị trí cần thiết trong cơ thể, giúp thu hẹp phạm vi phân bố của các thuốc trong cơ thể làm giảm tác dụng phụ của thuốc và giảm lượng thuốc điều trị.

Hệ thuốc/hạt từ tính tạo ra chất lỏng mang từ tính đưa vào cơ thể thông qua hệ tuần hoàn. Khi các hạt này đi vào mạch máu, người ta dùng một từ tính mạnh để tập trung các hạt vào một vị trí nào đó trên cơ thể. Phương pháp này rất thuận lợi trong điều trị u não vì việc dẫn truyền thuốc vào u não rất khó khăn. Nhờ sự trợ giúp của hạt nano, việc dẫn truyền thuốc hiệu quả hơn rất nhiều.

Những hạt nano phát quang khi đi vào cơ thể và khu trú, tập trung tại các vùng bệnh, kết hợp với kỹ thuật thu nhận tín hiệu phản xạ quang học giúp con người có thể phát hiện các mầm bệnh và có biện pháp điều trị kịp thời.

Hình : Hạt nano vàng sử dụng trong truyền dẫn thuốc

+ Ứng dụng trong làm sạch môi trường :

Một trong những ứng dụng của công nghệ nano đó là dùng để chế tạo các thiết bị, chẳng hạn như các lưới lọc nước nano với cấu tạo đủ rộng để cho các phân tử nước đi qua, song cũng đủ hẹp để ngăn chặn các phân tử chất bẩn gây ô nhiễm.

Để lọc nước bị nhiễm bẩn, quá trình ứng dụng công nghệ nano sẽ cần tới các hạt phân tử nano từ – nanomagnets. Ngoài lọc sạch nước, các hạt phân tử nano từ còn có tác dụng giữ lại các phân tử thạch tín – arsenic trong nước, loại bỏ một lượng lớn chất clo, thuỷ ngân và thậm chí là các phân tử phóng xạ radon trong nước (khả năng làm sạch thành phần arsenic của phân tử nano từ có thể lên tới 99%), do đó nước được lọc bằng công nghệ nano còn có thể uống được ngay sau khi lọc. Công nghệ nano ứng dụng trong lọc nước hứa hẹn sẽ mang lại nước sạch cho khoảng 65 triệu người trên khắp thế giới.

Cùng với công nghệ nano, nước và cả không khí còn có thể giảm được nồng độ ô nhiễm một cách đáng kể do tác động của khoáng chất Zeolites, đặc biệt là những ô nhiễm do nhiễm dầu và các nhiên liệu hoá thạch khác.

Từ đó ta thấy lĩnh vực y tế là một trong những ứng dụng lớn nhất của công nghệ

nano. Ví dụ như việc điều trị bệnh ung thư, nhiều phương pháp điều trị khác nhau đã

được thử nghiệm để có thể hạn chế các khối u phát triển và tiêu diệt chúng ở cấp độ tế

bào. Một nghiên cứu đã cho kết quả rất khả quan khi sử dụng các hạt nano vàng để

chống lại nhiều loại ung thư. Các hạt nano này sẽ được đưa đến các khối u bên trong cơ

thể, sau đó chúng được tăng nhiệt độ bằng tia laser hồng ngoại chiếu từ bên ngoài để có

thể tiêu diệt các khối u.

Không dừng lại ở đó, các nhà khoa học còn nghiên cứu một dự án nanorobot vô

cùng đặc biệt. Với những chú robot có kích thước siêu nhỏ, có thể đi vào bên trong cơ

thể con người để đưa thuốc điều trị đến những bộ phận cần thiết. Việc cung cấp thuốc

một cách trực tiếp như vậy sẽ làm tăng khả năng cũng như hiệu quả điều trị.

Công nghệ nano trong tương lai không xa sẽ giúp con người chống lại căn bênh

ung thư quái ác. Ngay cả những căn bênh ung thư khó chữa nhất như ung thư não, các

bác sĩ sẽ có thể dễ dàng điều trị mà không cần mở hộp sọ của bệnh nhân hay bất kỳ

phương pháp hóa trị độc hại nào.

2. Công nghệ NANO trong các đồ điện tử quanh chúng ta.

Nhắc đến công nghệ nano, có

thể bạn sẽ nghĩ đến những dự án khoa

học đang được tiến hành bởi các giáo

sư hàng đầu trong phòng thí nghiệm,

những công nghệ cao cấp và tiên tiến

nhất. Tuy nhiên thực tế có thể bạn

đang sử dụng một số sản phẩm của

công nghệ nano ngay lúc này. Những

bộ vi xử lý được làm từ vật liệu nano

khá phổ biến trên thị trường, một số

sản phẩm như chuột, bàn phím cũng được phủ một lớp nano kháng khuẩn.

+ Ứng dụng để làm tăng độ phân giải màn hình :

Màn hình tivi, máy tính thông thường hiện nay luôn có một lớp mỏng gồm các hạt

photpho (có pha tạp), khi điện tử đập vào thì lóe sáng lên. Màn hình được chia thành

nhiều điểm ảnh (pixel), mỗi điểm ảnh chứa một số hạt phôtpho.

Năng suất phân giải của màn hình phụ thuộc vào kích thước của điểm ảnh tức là phụ

thuộc vào kích thước của các hạt phôtpho. Các hạt ZnS, ZnSe, CdS, PbTe chế tạo theo

phương pháp sol-gel có thể có kích thước cỡ nanomet dùng làm màn hình có thể cho

năng suất phân giải rất cao.

Hình : Tăng độ phân giải cho

màn hình nhờ công nghệ nano

+ Ứng dụng làm pin :

Vật liệu nano tổng hợp bằng phương pháp sol-gel được dùng làm các tấm phân cách

ở pin thế hệ mới vì nó có thể tạo ra được cấu trúc kiểu gel khí, lưu trữ được nhiều năng

lượng hơn là các tấm phân cách thông thường.

Các loại pin niken-hydro kim loại Ni-MH (nickel metal hydride) được làm từ các hạt

nano niken và hydro kim loại chứa được rất nhiều điện dùng lâu mới phải nạp lại điện.

Hình :Pin quang năng từ sợi nano hứa hẹn sẽ thay thế các tấm pin

mặt trời vốn đắt đỏ hiện nay

+ Các chip máy tính :

Xu hướng vi tiểu hình hóa các chíp máy tính được thể hiện ở tiêu chuẩn quy trình chế tạo độ dài chíp được xác định trong Lộ trình ITRS.

Hiện nay, tiêu chuẩn công nghệ 130 nm, dùng để sản xuất bộ xử lý Intel Xeon, xác định kích thước của DRAM ( chip bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên ) bằng một nửa pitch ( khoảng cách giữa hai dây kim loại kề nhau trong một ô bộ nhớ ). Điều này đòi hỏi công nghệ in litô, công nghệ sản xuất và đo lường học cỡ nano phải có những thay đổi để chế tạo một linh kiện hoạt động phù hợp với dung sai đó.

Thử so sánh, nếu chip 4004 Intel năm 1971 sử dụng công nghệ có độ phân giải 10.000 nm, thì các con chíp của năm 2007 và 2013 sẽ đòi hỏi công nghệ có độ phân giải 65 nm và 32 nm tương ứng. Vì vậy, có thể nói các công nghệ sử dụng hiện nay đang được phát triển hết sức mạnh mẽ.

Hơn nữa, không chỉ đơn giản là một DRAM có chiều dài nửa pitch ở cỡ nm, tất cả các công nghệ sử dụng trong nghiên cứu, đo lường và sản xuất các con chip trong nhiều trường hợp hoạt động ở mức nguyên tử nhỏ hơn cả cỡ nm.

Các công cụ ứng dụng công nghệ Nano hỗ trợ cho ngành công nghiệp công nghệ thông tin (IT) rất đa dạng, bao gồm lập mô hình các linh kiện và vật liệu tiên tiến tới từng phân tử trên máy tính, các kính hiển vi có thể cho thấy hình ảnh của từng nguyên tử, các hệ thống đo lường có thể xác định rõ ràng vị trí của một độ hụt phân tử đơn trên một miếng wafer có đường kính 30 cm, các quy trình phát triển các màng mỏng có thể sản xuất ra các lớp vật liệu với độ chính xác ở cỡ nguyên tử và các phương pháp in litô có thể “khắc” lên những đặc điểm ví dụ như ô DRAM, với độ chính xác dưới 10 nm.

+ Ứng dụng trong chế tạo máy :

Công nghệ nano có thể tạo ra những vật liệu rất cứng dùng để cắt gọt trong chế tạo máy. Mũi khoan, dao cắt có phủ lớp vật liệu nano làm từ carbid vonfram, carbid tantanl, carbid titan thì cứng hơn nhiều, ít bị mài mòn, ít bị ăn mòn so với carbid của các kim loại trên nhưng ở dạng thông thường tức là carbid có cấu trúc hạt to.

Lò xo, ổ bi cao cấp, chốt đầu van….ở công nghệ chế tạo oto phải dùng đến vật liệu cứng và đàn hồi cao làm từ tinh thể nano nitrid sillic (Si3N4) và carbid sillic (SiC ). Các loại là vật liệu này hay được dùng t rong lò nhiệt độ cao.

Mặt khác, từ công nghệ nano cũng có thể làm được vật liệu mềm dẻo hơn thông thường. Gốm thông thường rất cứng và giòn khi đã nung thành gốm thì không gia công được. Nhờ oxyt zirconi (ZrO2) có kích thước hạt nano có thể làm ra gốm siêu dẻo biến dạng được đến 300% so với kích thước ban đầu. Gốm tinh thể nano có thể nén và liên kết thành nhiều hình dạng khác nhau ở nhiệt độ khá thấp, còn gốm thường rất khó, thực tế là không thể thực hiện được bất kỳ việc nén và liên kết nào ngay cả ở nhiệt độ cao.

3. Công nghệ nano trong ứng dụng may mặc.

Kể từ đầu những năm 2000, ngành công

nghiệp thời trang đã bước sang một trang mới với

việc áp dụng công nghệ nano trong một số loại vải

đặc biệt. Một ý tưởng vô cùng đặc biệt với loại

quần áo có khả năng diệt vi khuẩn gây mùi hôi

khó chịu trong quần áo đã trở thành hiện thực với

việc áp dụng các hạt nano bạc. Các hạt nano bạc

này có thể thu hút các vi khuẩn và tiêu diệt các tế

bào của chúng. Ứng dụng hữu ích này đã được áp

dụng trên một số mẫu quần áo thể thao và đặc biệt

hơn là được sử dụng trong một loại quần lót khử

mùi.

Không chỉ dừng

lại ở công dụng khử

mùi, công nghệ nano có

thể biến chiếc áo bạn

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 bạn 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.

3. Công nghệ nano trong tự nhiên

Có một sự thật là các ứng dụng của công nghệ nano hiện nay đều có thể tìm thấy

trong tự

nhiên. Ví dụ

như một ứng

dụng của công

nghệ nano

trên các loại

vải khiến

chúng không

thấm nước và bụi bẩn, bạn có thể thấy điều tương tự khi những giọt nước lăn trên bề mặt

của lá sen.

Bề mặt của lá sen

được bao phủ bởi một lớp

lông đặc biệt có kích thước

cỡ nanomet, khiến những

giọt nước không thể ngấm

hay bám vào bề mặt của lá.

Mô phỏng điều này, các

nhà khoa học đã tạo ra một

lớp ống nano siêu nhỏ trên

bề mặt của vải và từ đó tạo

ra những bộ quần áo

không thấm nước và chống

bụi bẩn.

Một ví dụ khắc với loài tắc kè trong dự án nghiên cứu một thiết bị đi trên tường

của nhóm nghiên cứu Robert Full tại đại học Berkeley. Các nhà khoa học đã phát hiện ra

rằng, mỗi ngón chân của tắc kè được bao phủ bởi một lớp lông có kích thước siêu nhỏ,

giúp chúng có thể bám dính vào các bề mặt mịn theo lực van der Waals (độ bám dính

giữa các phân tử). Mô phỏng điều đó, các nhà khoa học cũng tạo ra những miếng đệm

với lớp ống nano siêu nhỏ mà có thể hỗ trợ những người leo núi bám tốt hơn trên các

vách đá.

Xã hội con người hiện nay đã rất phát triển, tuy nhiên chúng ta vẫn đang học tập

rất nhiều điều từ tự nhiên. Điều quan trọng là các công nghệ khoa học phát triển phải

góp phần thúc đẩy sự sống, chứ không phải tiêu diệt sự sống của thiên nhiên.

5. Thực phẩm từ công nghệ nano(trồng trọt, hạt nano,đóng gói bằng bao bì nano...).

Công nghệ nano là những nghiên cứu, phân tích và thiết kế trên quy mô rất nhỏ

cỡ nano met, vậy nếu sử dụng công nghệ nano để làm đồ ăn thì liệu bao nhiêu mới đủ

giúp chúng ta no? Thật may là chúng ta sẽ không ăn các đồ ăn được làm ra từ công nghệ

nano, tuy nhiên công nghệ nano sẽ làm thay đổi cách thức chúng ta ăn các món ăn hàng

ngày.

Các nhà khoa học đã tiến hành thử nghiệm thay đổi các loại thực phẩm ở cấp độ

nguyên tử và phân tử, khiến các loại thực phẩm này thay đổi hương vị cũng như giàu

dinh dưỡng hơn. Điều này đồng nghĩa với việc chúng ta sẽ được thưởng thức những

món ăn với hương vị vô cùng lạ mà giá trị dinh dưỡng vẫn cao nhờ công nghệ nano thực

phẩm. Nano thực phẩm (nói một cách chính xác là ứng dụng công nghệ nano trong thực phẩm) bao gồm cả các ứng dụng của công nghệ nano trong: Trồng trọt, chăn nuôi; đóng gói, bao bì chứa thực phẩm; làm ra thực phẩm trong đó có hạt nano chứa các chất dinh dưỡng quan trọng.

Thị trường nano thực phẩm thế giới đã tăng mạnh trong những năm qua, từ 2,6 tỷ USD (năm 2003) lên 7 tỷ USD (năm 2006) và dự báo năm 2010 là 20,4 tỷ USD. Hiện nay, trên toàn thế giới có hơn 200 công ty lớn chuyên về nano thực phẩm, đứng đầu là Mỹ, sau đó là Nhật Bản và Trung Quốc. Dưới đây là một số ví dụ về ứng dụng công nghệ nano trong thực phẩm.

+ Công nghệ nano trong trồng trọt, chăn nuôi

Ở các trang trại, người ta luôn phải theo dõi tình trạng dinh dưỡng của đất đai, độ ẩm, phân bón, sâu bệnh, thuốc trừ sâu… Các công việc này không chỉ diễn ra một cách chung chung mà thậm chí còn đến từng cây, từng con hay từng giai đoạn… để có thể xử lý kịp thời những bất thường: Thiếu nước phải tưới, có rầy phải diệt, dư lượng thuốc trừ sâu tăng phải tìm cách giảm… Trong khi đó, việc lấy mẫu đem về phân tích thường không được nhiều và chậm, không

kịp thời… Với công nghệ nano, trên một diện tích trồng trọt, người ta cài rất nhiều cảm biến nano để đo xem nước và chất dinh dưỡng có đủ không, cây có bị nấm mốc, sâu bệnh không… Những thông số mà cảm biến nhận được sẽ được gửi về Trung tâm để có biện pháp xử lý kịp thời và cũng có thể dùng để điều khiển các cảm biến nano khác tạo ra các chất cần thiết bổ sung, ví dụ cây thiếu chất dinh dưỡng loại nào thì mở ngay viên nang nano (nanocapsule) chứa chất dinh dưỡng loại đó ra để bổ sung…,  có sâu bệnh loại nào thì điều khiển để các nang nano tiết ngay chất diệt sâu bệnh ở đúng chỗ đó…

Các loài vật nuôi ở trang trại cũng có thể gắn chip nano cho từng con. Những chip này ghi lại và cho biết tên tuổi của từng con, ở vị trí nào, có đau ốm, bệnh tật gì không và các chip có thể kiêm cả việc cấp văc-xin, thuốc chữa bệnh khi cần thiết.

Đặc biệt, có những trang trại có thể trồng cây để sản xuất ra hạt nano dùng trong thực phẩm và nhiều mục đích khác. Ví dụ, có loại cỏ linh lăng (alfalfa) có khả năng thu hút các nguyên tử vàng trong đất để tạo ra các hạt nano vàng tinh chất trong thân cỏ. Trồng loại cỏ này ở đất, đặc biệt trên đất có nhiều vàng, khi nghiền, ngâm, lọc thân cỏ theo cách cơ học có thể có được các hạt nano vàng dùng cho nhiều mục đích.

Một ví dụ nữa về ứng dụng công nghệ nano là trong chăn nuôi gia cầm, có những loại vi khuẩn như Campylobacter tuy không ảnh hưởng đến cơ thể gà nhưng nếu đi vào cơ thể người thì lại gây bệnh, thậm chí có thể gây tử vong. Các nhà khoa học của Đại học Clemson ở South Carolina (Mỹ) đã tìm ra một loại hạt nano mà khi trộn với thức ăn cho gà ăn thì hạt nano đó bám chặt vào vi khuẩn Campylobacter, khiến cho vi khuẩn này

chết và gà sẽ bài tiết ra ngoài cùng với phân. Vì vậy, thịt của gà được cho ăn loại thức ăn này đảm bảo không có vi khuẩn nguy hiểm, bán rất chạy.

+ Công nghệ nano trong đóng gói, bao bì đựng thực phẩm

Cá, mực và một số thuỷ hải sản tươi thường có mùi tanh. Các loại túi ni lông thông thường tuy kín nhưng không ngăn được mùi tanh bốc ra xung quanh.

Trong tự nhiên, có rất nhiều loại đất sét, trong đó có các hạt tinh thể sét rất nhỏ (nanoclay) hình tấm mỏng, bề dày chỉ độ ba, bốn lớp nguyên tử, còn chiều rộng có thể lên đến hàng chục nanomet, micromet. Nếu lấy chất làm túi ni lông thường (polyme) trộn với hạt nano sét hình tấm lúc thổi thành túi, các hạt này sẽ nằm song song với mặt túi, ngăn chặn mùi tanh rất tốt. Nhật Bản, Hàn Quốc và gần đây là Trung Quốc đã sản xuất loại túi này với số lượng lớn để đáp ứng nhu cầu của các bà nội trợ thích mua cá tươi về tự làm lấy ở nhà.

Thịt, thức ăn dễ bị ôi thiu, có mùi là do môi trường rất thuận lợi cho nhiều loại vi khuẩn phát triển. Bạc là nguyên tố có cấu trúc nguyên tử thích hợp, nguyên tử bạc rất dễ nhường điện tử cho bên ngoài để trở thành ion bạc, sau đó ion bạc lại dễ nhận điện tử để trở thành nguyên tử bạc trung hoà. Điện tử mà nguyên tử bạc nhường cho bên ngoài dễ kích thích để tạo thành các phản ứng oxy hoá, kết quả là dễ làm tổn thương, phá hoại màng bọc của các loại vi khuẩn, tiêu diệt chúng hoặc làm cho chúng khó sinh sôi, nảy nở. Loại túi ni lông mặt trong có chứa lớp mỏng hạt nano bạc khử được vi khuẩn, nhờ đó mà thực phẩm chứa trong đó giữ được lâu hơn 3-4 lần so với loại túi ni lông thường. Các thùng chứa thực phẩm trong kho cũng được tráng một lớp nano bạc để bảo quản được lâu.

Để phát hiện vi khuẩn E.Coli trong thực phẩm, người ta đã chế tạo ra loại túi mà mặt trong có chứa các hạt SiO2hình cầu kích cỡ nanomet, trên bề mặt của mỗi hạt có đính kháng thể và các phân tử chất huỳnh quang. Khi thực phẩm đựng trong túi nhiễm vi khuẩn E.Coli, lập tức các kháng thể bám chặt vào, các phân tử chất huỳnh quang trên hạt nano SiO2 tiếp xúc với vi khuẩn E.Coli sáng lên. Nhờ thế mà khi nhìn vào túi đựng thực phẩm đổi màu, người ta có thể biết ngay trong thực phẩm có vi khuẩn E.Coli. + Thực phẩm hạt nano

Nói đến thực phẩm hạt nano là nói đến những hạt có kích cỡ nano đưa vào trong cơ thể bằng cách ăn, uống. Các hạt nano rất nhỏ nên thường không phải chỉ một mình nó được đưa vào cơ thể mà còn có thể trộn lẫn nhiều chất khác. Có thể chia ra làm 2 loại: Hạt nano vào cơ thể (bằng cách ăn, uống) đúng là chất có kích cỡ nano, đó là hạt nano của chất đó; hạt nano vào cơ thể là hạt nang (túi) kích cỡ nano, trong đó chứa chất mà cơ thể cần, bản thân hạt nang chỉ là cái vỏ đựng vô tính bên ngoài. Ta xét một số ví dụ:

Nang nano dầu cá thu: Dầu cá thu cung cấp nhiều loại axit béo cho cơ thể nhưng mùi vị rất hắc, khó uống. Người ta làm những cái túi nang kích cỡ nano, rất mỏng, dễ vỡ, trong túi có chứa dầu cá thu. Dầu này có thể phết vào bánh mì để ăn hoặc trộn với nước để uống, khi vào đến dạ dày, các nang bọc nano bị nghiền nát, vỡ ra, cung cấp dầu cá thu đi vào hệ tiêu hoá.

Ốc xoắn nano đựng vitamin: Người ta làm các hạt nano hình cuộn dây kích cỡ 50 nanomet, bên trong chứa các chất bổ như vitamin, axit béo omega, lycopen… rất cần thiết để cung cấp cho tế bào nhưng mùi vị lại không dễ nuốt. Nhờ có vỏ xoắn nano che đậy nên có thể trộn với thức ăn hoặc nước uống để đưa vào dạ dày.

Quả cầu nano chứa chất dinh dưỡng: Những người ăn kiêng phải tránh một số chất không được đưa qua dạ dày hay một bộ phận nào đó của cơ thể. Người ta đã chế tạo những quả cầu rỗng kích thước nano trong đó chứa đầy đủ chất dinh dưỡng và có thể điều khiển để khi ăn, uống các quả cầu nano này đem chất dinh dưỡng trực tiếp đến từng tế bào.

Trong một số trường hợp, người ta có thể gắn các quả cầu nano hoặc hạt nang nano với các cảm biến nano, khi vào sâu trong cơ thể chúng vẫn bất động, nhưng khi có tín hiệu từ cảm biến nó mới hoạt động, tức là vỏ bọc ngoài mới vỡ ra.

Trà nano selen là món đồ uống nano rất được ưa chuộng, nhất là khi có đại dịch H5N1. Selen rất độc, những người làm việc có tiếp xúc với selen rất dễ bị nhiễm độc, da nổi sần, rụng tóc và có thể dẫn đến tử vong. Nhưng trong cơ thể người luôn phải có selen (ở một mức độ nào đó) mới đảm bảo được miễn dịch, nhất là khi bị virut H5N1 tấn công. Selen bổ sung vào cơ thể người theo con đường thực phẩm, đặc biệt trong trứng chứa nhiều selen. Selen có trong trứng do gia cầm ăn thức ăn từ hạt ngũ cốc, cây cỏ lấy selen từ trong đất…, vì vậy, ở những vùng trong đất và trong thức ăn gia cầm thiếu selen thì thực phẩm cho người ăn cũng thiếu selen, dẫn tới khả năng miễn dịch của cơ thể kém đi.

Trong trường hợp cơ thể người thiếu selen, không thể bổ sung bằng selen thông thường được. Các nghiên cứu dược học cho thấy cách lấy selen nano có trong động, thực vật là thích hợp nhất. Tại Trung Quốc, người ta đã tìm thấy có những vùng trung du, dưới đất có nhiều selen, cây chè mọc lên khá tốt, trong lá chè có nhiều hạt nano selen. Xay nhỏ lá chè này, pha thành nước uống là cách bổ sung rất tốt cho tình trạng cơ thể thiếu selen. Trung Quốc đã triển khai trồng chè ở những vùng này để sản xuất ra sản phẩm “Trà nano selen” bán rất chạy.

Sữa nano canxi là một ví dụ khác về thực phẩm nano. Canxi rất cần để làm chắc xương, đặc biệt ở những chỗ gần khớp. Nhiều trường hợp, do cơ thể người không hấp thụ được canxi từ thức ăn nên phải bổ sung bằng cách dùng các hạt nano canxi có từ trong vỏ hàu, hến tự nhiên. Chắt lọc và trộn các hạt nano này vào sữa, làm thành sữa nano canxi để uống, có thể chữa bệnh loãng xương.

IV.Tầm quan trọng, tiềm năng phát triển của công nghệ nano đối với nước ta và toàn thế giới.

Công nghệ nano sẽ ảnh hưởng như thế nào đến tương lai của các nước nghèo? Chắc chắn, công nghệ nano sẽ đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực, trong đó, có tăng sản lượng nông nghiệp cùng nhiều lợi ích khác…

Trong ngành công nghiệp hiện nay, các tập đoàn sản xuất điện tử đã bắt đầu đưa công nghệ nano vào ứng dụng, tạo ra các sản phẩm có tính cạnh tranh từ chiếc máy nghe nhạc iPod nano đến các con chip có dung lượng lớn với tốc độ xử lý cực nhanh …

Trong y học, để chữa bệnh ung thư người ta tìm cách đưa các phân tử thuốc đến đúng các tế bào ung thư qua các hạt nano đóng vai trò là “ xe tải kéo”, tránh được hiệu ứng phụ gây ra cho các tế bào lành. Y tế nano ngày nay đang nhằm vào những mục tiêu bức xúc nhất đối với sức khỏe con người, đó là các bệnh do di truyền có nguyên nhân từ gien, các bệnh hiện nay như: HIV/AIDS, ung thư, tim mạch, các bệnh đang lan rộng hiện nay như béo phì, tiểu đường, liệt rung (Parkison), mất trí nhớ (Alzheimer), rõ ràng y học là lĩnh vực được lợi nhiều nhất từ công nghệ này.

Đối với việc sửa sang sắc đẹp đã có sự hình thành nano phẩu thuật thẩm mỹ,nhiều lọai thuốc thẩm mỹ có chứa các loại hạt nano để làm thẩm mỹ và bảo vệ da. Đây là một thị trường có sức hấp dẫn mạnh, nhất là đối với công nghệ kiệt xuất mới ra đời như công nghệ nano.

Ngoài ra, các nhà khoa học tìm cách đưa công nghệ nano vào việc giải quyết các vấn đề mang tính toàn cầu như thực trạng ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng. Việc cải tiến các thiết bị quân sự bằng các trang thiết bị, vũ khí nano rất tối tân mà sức công phá khiến ta không thể hình dung nổi.

Các chuyên gia thuộc Trung tâm Đạo đức Sinh học của Canada nhận định ảnh hưởng lớn nhất của công nghệ nano đến hàng triệu người ở những nước đang phát triển là mang lại các phương pháp dự trữ và sản xuất năng lượng tốt hơn. Đồng thời, cải thiện đáng kể năng suất ngành nông nghiệp. Ứng dụng công nghệ nano sẽ nâng cao mức sống của người dân các nước nghèo.

Theo tiến sỹ Peter Singer, giám đốc JCB, phát triển kinh tế và tiêu thụ năng lượng liên quan chặt chẽ với nhau. Tiến sỹ Singer cho biết sẽ thu được lợi ích của tăng trưởng kinh tế dễ dàng hơn nhiều nếu công nghệ nano có thể giúp các nước đang phát triển chuyển sang xu hướng tự cung tự cấp năng lượng.

* THẾ GIỚI

Do các ứng dụng kỳ diệu của công nghệ nano, tiềm năng kinh tế cũng như tạo ra sức mạnh về quân sự. Vì lẽ đó hiện nay trên thế giới đang xảy ra cuộc chạy đua sôi động về phát triển và ứng dụng công nghệ nano. Có thể kể đến mốt số cường quốc đang chiếm lĩnh thị trường công nghệ này hiện nay là: Hoa Kỳ, Nhật Bản, Trung Quốc, Đức, Nga và một số nước Châu Âu…có thể nói ở những quốc gia trên chính phủ dành một khoản ngân sách đáng kể hổ trợ cho việc nghiên cứu và ứng dụng thực tiển của ngành công nghệ nano.

Không chỉ các trường Đại học có các phòng thí nghiệm với các thiết bị nghiên cứu quy mô mà các tập đoàn sản xuất cũng tiến hành nghiên cứu và phát triển công nghệ nano với các phòng thí nghiệm với tổng chi phí nghiên cứu tương đương với ngân sách chính phủ dành cho công nghệ nano.

Hiện nay, các chất có cấu trúc nano mới đang được sử dụng để xây dựng lên thế hệ tiếp theo của tế bào năng lượng mặt trời và tế bào nhiên liệu hyđrô. Ngoài ra, các nhà khoa học cũng đang sử dụng công nghệ nano để phát triển phương pháp dự trữ hyđrô vốn là vấn đề nan giải. Hệ thống dự trữ hyđrô phù hợp có nghĩa là phải có năng lượng thay thế sạch hơn cho những nước vẫn phụ thuộc vào nhiên liệu hoá thạch.

Mặt khác, thế giới đang phát triển ứng dụng công nghệ nano để cải thiện độ phì nhiêu của đất và sản lượng cây trồng, cảm biến nano có thể giám sát tình hình cây trồng vật nuôi và các chất từ nano có thể loại bỏ những chất gây ô nhiễm cho đất.

Chẳng bao lâu nữa, nhờ vào công nghệ nano, các nhân viên y tế có thể thử nghiệm máu bằng một mẩu nhựa nhỏ bằng đồng xu. Tương tự, nếu sử dụng tiến bộ của công nghệ nano có thể thực hiện khám chẩn đoán bệnh trong vài phút. Công nghệ nano sẽ rút ngắn thời gian cũng như chi phí xét nghiệm các bệnh truyền nhiễm như sốt rét và HIV/AIDS..

Tiến sỹ Salamanca-Buentello, đứng đầu nhóm nghiên cứu cho biết 1/6 dân chúng toàn cầu không có nước sạch, hơn 1/3 dân ở những vùng nông thôn châu Phi, châu Á và châu Mỹ La tinh không có nước sạch, và hàng năm có hai triệu trẻ em chết vì bị những bệnh phát sinh do nước bẩn.

Trong khi đó, màng và ống nano là những hệ thống rất rẻ, dễ di chuyển và có thể lọc, giải độc và khử muối trong nước hiệu quả hơn phương pháp lọc bằng vi khuẩn và vi rút thông thường. Các nhà nghiên cứu cũng phát triển phương pháp sản xuất hàng loạt các ống lọc bằng nano cácbon nhằm nâng cao chất lượng nước.

Đến nay nhiều nước đang phát triển như Ấn Độ, Nam Phi, Mehico, Thái Lan, Philipin, Chile và Achentina đã thực hiện các sáng kiến công nghệ nano để hỗ trợ sự phát triển của khoa học.

Hiện Trung Quốc có số lượng ứng dụng bằng sáng chế công nghệ nano nhiều nhất thế giới sau Mỹ và Nhật Bản. Bản nghiên cứu của Hà Lan – Trung Quốc đánh giá tình hình công nghệ nano ở Mỹ, liên minh châu Âu, Trung Quốc và Hàn Quốc cũng cho thấy Trung Quốc có lượng báo chí về công nghệ nano lớn thứ hai trên thế giới.

Trong năm 2004, chi tiêu của chính phủ Mỹ cho công nghệ nano cao nhất thế giới, song chỉ cao hơn chút đỉnh so với mức chi phí ở Trung Quốc, châu Âu và Nhật: Mỹ sử dụng 1 tỷ đô la cho nghiên cứu công nghệ nano còn ba nước sau mỗi nước chi 900 triệu đô la.

Xét về mặt báo chí chuyên viết về công nghệ nano, năm 2004, báo chí công nghệ nano của Trung Quốc chiếm 10% thị phần báo công nghệ nano toàn cầu, chỉ đứng sau Mỹ, cường quốc chiếm gần 50% thị phần này

* VIỆT NAM

Tuy chỉ mới tiếp cận với công nghệ nano trong những năm gần đây nhưng cũng có những bước chuyển tạo ra sức hút mới đối với lĩnh vực đầy cam go, thử thách này. Nhà nước cũng đã dành một khoản ngân sách khá lớn cho chương trình nghiên cứu công nghệ nano cấp quốc gia với sự tham gia của nhiều trường Đại học và Viện nghiên cứu.

Công nghệ nano là một bước tiến bộ vượt bậc của công nghệ, nó tạo ra những ứng dụng vô cùng kỳ diệu tạo ra nhiều cơ hội hơn, nhưng bên cạnh đó cũng có những thách thức đặt ra về thảm họa môi trường và khả năng phát triển vũ khí lọai mới với sức tàn phá không gì so sánh nổi. Tuy nhiên, con người ngày nay đã hướng nhiều hơn với cái thiện nên chúng ta có thể hy vọng là công nghệ nano sẽ mang lại hạnh phúc cho nhân loại nhiều hơn.

Vào tháng 12/2004, ĐH Quốc gia TP.HCM đã đầu tư 4,3 triệu USD từ nguồn vốn vay Ngân hàng Thế giới để xây dựng Phòng thí nghiệm Công nghệ nano. Phòng thí nghiệm Công nghệ nano có nhiệm vụ đào tạo  nhân lực lực trong lĩnh vực vi điện tử và công nghệ nano, nghiên cứu và ứng dụng công nghệ nano trong công nghiệp.Dự kiến, vào tháng 6/2005, Phòng thí nghiệm nói trên sẽ hòan thành và đi vào họat động

Sau hội nghị Vật lý tại Núi Cốc (năm 2003), một nhóm nghiên cứu về vật liệu nanô thuộc bộ môn Vật lý chất rắn bắt đầu hình thành. Để nhanh chóng hội nhập, chiến lược được ưu tiên hàng đầu là tập trung nghiên cứu phát triển các công nghệ mới để chế tạo vật liệu mà hiện tại các cơ sở khác trong nước đang ít quan tâm. Sau khi có công nghệ mới sẽ tập trung nghiên cứu các vật liệu có khả năng ứng dụng cao.

1. Nghiên cứu chế tạo máy phát siêu âm: Siêu âm công suất cao được sử dụng để tổng hợp các hợp chất, hữu cơ, vật liệu điện tử có cấu trúc nanô. Sau gần 10 năm tập trung nghiên cứu cơ bản, đến nay chúng tôi đã hoàn toàn làm chủ công nghệ chế tạo được các loại gốm áp điện dùng cho máy phát siêu âm công suất. Từ vật liệu gốm áp điện nói trên, chúng tôi đã chế tạo thành công biến tử kiểu Langevin có tần số cộng hưởng tùy ý.

2. Nghiên cứu chế tạo thiết bị quay điện: Công nghệ quay điện đang được quan tâm một cách đặc biệt. Sự quan tâm đặc biệt này có thể bắt nguồn từ tính đơn giản của công nghệ, nhưng khả năng ứng dụng lại rất tiềm tàng và rộng lớn. Có lẽ đây là vấn đề mà đã đến lúc, chúng ta cần phải nhìn lại mình một cách nghiêm túc hơn về chính sách phát triển khoa học và công nghệ, đặc biệt là phát triển các công nghệ nguồn. Trên thị trường đã có những thiết bị thương mại, với giá khoảng 500 đến 1500 triệu đồng. Từ tháng 12/2013, chúng tôi tập trung nghiên cứu chế tạo và đến nay thiết bị quay điện đã bắt đầu hoạt động. Chúng tôi đặt tên cho thiết bị này là E-HUSC-01, vì đây là thiết bị Electrospinning đầu tiên của Việt Nam được chế tạo tại Trường Đại học Khoa học Huế.

3. Chế tạo vật liệu nanô và ứng dụng

a. Chế tạo TiO2 nano: Do có nhiều tính chất dị thường và khả năng ứng dụng trong các lĩnh vực mà TiO2 kích thước nanô được các nhà khoa học nghiên cứu, tổng hợp. Ứng dụng nổi bật của TiO2 kích thước nanô được nói đến nhiều trong thời gian gần đây là khử trùng diệt vi khuẩn và chống mốc; tự làm sạch và chống mờ hơi nước; xử lý nước thải, khí thải,..

Năm 2012, chúng tôi đã tạo được dòng sản phẩm sơn nanô TiO2/Ag. Sau khi phun tráng trên nền gạch men và nung ủ tại 6000C, lớp phủ TiO2/Ag ngoài tính năng diệt khuẩn, tự làm sạch còn có độ cứng cao hơn lớp men nền, không làm thay đổi màu của nền gạch. Hiện nay, chúng tôi có khả năng cung cấp cho các công ty có nhu cầu này với một lượng lớn (>1000 lít/ngày), giá rẻ (20.000-130.000đ/1 lít).

b. Tổng hợp dung dịch Ag nanô: Đến nay đã có trên 20 phương pháp chế tạo dung dịch Ag nano. Trên cơ sở phân tích ưu nhược điểm của từng phương pháp, chúng tôi đã đưa ra được phương pháp chế tạo dung dịch Ag nano sử dụng sự kết hợp của các phương pháp lý, hóa, sinh. Kết quả, chúng tôi đã chế tạo thành công dung dịch Ag nano môi trường nước ổn định có các nồng độ khác nhau.

- Sử dụng trong nuôi tôm: Tại Việt Nam, bệnh hoại tử gan tụy cấp tính ở tôm (EMS) bắt đầu xuất hiện từ năm 2010 và bùng phát mạnh từ tháng 3/2011, gây thiệt hại lớn cho người nuôi tôm. Tuy nhiên cho đến nay vẫn chưa tìm ra cách chữa trị triệt để. Trước tình hình đó, chúng tôi đã kết hợp với Công ty cổ phần Huetronics phát triển một loạt các sản phẩm nanô, trong đó có Ag nanô và triển khai ứng dụng phòng và trị bệnh trong nuôi tôm tại một số tỉnh trọng điểm nuôi tôm của Đông bằng sông Cửu long như Trà Vinh, Bến Tre, Tiền Giang, Bạc Liêu, Cà Mau,…

- Sử dụng trong nuôi cấy mô: HgCl2 được sử dụng là chất khử trùng phổ biến trong nuôi cấy mô. Kết quả nghiên cứu cho thấy nano bạc nồng độ 5 ppm ảnh hưởng tốt nhất đến khả năng tái sinh chồi từ đoạn thân.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Tạp chí Hồ sơ sự kiện, số 107, 2010.

2. Wikipedia: http://vi.wikipedia.org/wiki/C%C3%B4ng_ngh%E1%BB%87_nano

3. Các website khác:

http://ddkhvl.net/topic/9771517/1/

http://www.khoahoc.com.vn/timkiem/c%C3%B4ng+ngh%E1%BB%87+nano/index.aspx

http://tailieu.vn/xem-tai-lieu/tim-hieu-ve-vat-lieu-nano.480519.html

http://www.baomoi.com/Vat-lieu-Nano-trong-cong-nghiep-dien-tu-nang-luong-va-moi-truong/53/6063645.epi

http://www.scribd.com/doc/75228468/V%E1%BA%ADt-li%E1%BB%87u-Nano

http://www.scribd.com/doc/118742705/Vat-Lieu-Nano-Ch0-2012