Khái niệm về công nghệ nano và vật liệu nano: Vật liệu nano là một tập hợp hết sức đa dạng các loại vật liệu kích thước nanomet (1nm=10-7cm) và có các tính chất mới do hiệu ứng kích thước qui định, đó là sản phẩm của của sự lắp ghép các chi tiết ở mức độ phân tử, với khoảng cách vài phần triệu milimet, đây là công nghệ siêu nhỏ và được coi là công nghệ của thế kỉ 21. Đặc tính của nó không những cho phép thu nhỏ các thiết bị, máy móc mà còn giúp các nhà khoa học tìm được giới hạn căn bản của sự thu nhỏ ấy.
Công nghệ nano (CNNN), hiểu một cách tổng quát nhất, là công nghệ tạo ra các vật liệu, linh kiện và hệ thống linh kiện có các tính chất mới, nổi trội nhờ vào kích thước nano mét, đồng thời điều khiển được các tính chất và chức năng của chúng ở kích thước nano.
Nhân tố trung tâm của vật liệu nano là kích thước. Khi kích thước giảm tới một mức độ nào đó, các hiệu ứng lượng tử xuất hiện, do đó có thể thay đổi đặc trưng của vật liệu như màu sắc, các tính chất điện, nhiệt, từ, quang...mà không cần thay đổi thành phần hoá học. Khi kích thước giảm, tỷ số giữa bề mặt và thể tích tăng rất nhanh, hiệu ứng bề mặt xuất hiện và đó là điều kiện lí tưởng cho vật liệu nanocomposit, các tương tác hoá học, xúc tác, các vật liệu dự trữ năng lượng, tăng khả năng hoạt hoá của thuốc chữa bệnh...Khi hiệu suất làm việc của vật liệu cao thì lượng vật liệu cần sử dụng nhỏ, lượng chất thải ít đi vì vậy CNNN cũng là công nghệ thân môi trường.
Vật liệu nano sẽ làm thay đổi hiệu suất của các vật liệu như polimer, các thiết bị điện tử, sơn, pin, tế bào nhiên liệu, tế bào điện mặt trời, lớp phủ, máy tính,...CNNN sẽ thu gọn các linh kiện, làm cho các thiết bị hoạt động hiệu quả hơn rất nhiều.
Các vật liệu nano có thể được tổng hợp bẵng cách lắp ghép từng nguyên tử. Tuy nhiên, đây là phương pháp rất khó khăn, có chi phí rất cao và tốc độ vô cùng chậm. Vì vậy, một thách thức lớn của khoa học trong tương lai là phải giải mã được các nguyên tắc sinh học cơ bản, vì cấu trúc kích thước nano là đặc điểm của cấu trúc sinh học, trong các cơ thể sống cấu trúc này được xây dựng bằng phương pháp tự lắp ghép. Khi giải mã được các nguyên tắc trên có thể áp dụng chúng vào việc sản xuất các loại thiết bị nano mới, bền hơn vật liệu sinh học.
Những ứng dụng và thành tựu bước đầu của công nghệ nano:Các sản phẩm của CNNN đã và đang được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực như công nghiệp điện tử - quang tử (transitor đơn điện tử, các linh kiện chấm lượng tử, vi xử lí tốc độ nhanh, senso, lase, linh kiện lưu trữ thông tin...), công nghiệp hoá học (xúc tác, hấp phụ, chất màu...), năng lượng (pin hidro, pin liti, pin mặt trời), y-sinh học và nông nghiệp (thuốc chữa bệnh nano, mô nhân tạo, thiết bị chẩn đoán và điều trị...), hàng không-vũ trụ- quân sự (vật liệu siêu bền, siêu nhẹ, chịu nhiệt, chịu bức xạ...), môi trường (khử độc, vật liệu nano xốp, mao quản dùng để lọc nước...)
Các hãng sản xuất lớn của Mỹ, Nhật đang nghiên cứu chế tạo các chíp theo cấu trúc điện tử chiều thẳng đứng tức là những mạch điện tử nhiều lớp chồng lên nhau. Hãng Intel sẽ sản xuất các chíp mà các transitor chỉ còn 70 - 80 nguyên tử theo chiều ngang và 3 lớp nguyên tử theo chiều dày, có thể đảo trạng thái 1.500 tỷ lần trong một giây. Hãng ABM đã chế tạo thành công vi mạch máy tính nhỏ nhất thế giới gồm hai transitors bằng một phân tử carbon đơn lẻ, kích thước của nó mỏng hơn sợi tóc 100.000 lần. Hãng Mitsubishi (Nhật) tuyên bố chuẩn bị sản xuất ống nano carbon trên qui mô công nghiệp. Các ống này có thể sử dụng trong nhiều loại hàng hoá như: transistor, mỹ phẩm, vỏ điện thoại di động, cửa xe hơi,... Các nhà khoa học cũng đã chế tạo được các vật liệu nano như carbon siêu dẫn ở nhiệt độ thường, ống nano carbon phát sáng, tinh thể nano silic nhiều màu sắc, gốm cao su đa tính năng, màn hình phẳng linh động từ tinh thể nano...
Mới đây, Viện Phòng chống ung thư quốc gia của Mỹ vừa xác nhận và công bố một phát minh y học mới có triển vọng lớn trong việc điều trị căn bệnh ung thư với sự ra đời một phương thức điều trị mới được gọi là Nanomedecine tạm dịch là “Y học NANO”. Phương thức điều trị mới của y học NANO được công bố trên Tạp chí Y học - Kỹ thuật Cambridge- Massachusetts - Hoa Kỳ tháng 6/2006 đã được thực nghiệm, ứng dụng có hiệu quả tích cực, được công nhận, cho phép và khuyến khích đưa vào sử dụng tại một số nước trên thế giới. Phương thức điều trị mới này mở đầu bằng việc tiêm vào cơ thể người bệnh một chất dịch trong suốt, bề ngoài không có gì đáng chú ý; tuy nhiên trong chất dịch đó chứa rất nhiều phần tử hết sức nhỏ, được chế tạo đặc biệt để thẩm thấu qua các màng sinh học như các thành mạch máu... và được gắn kết vào các tế bào ung thư trước khi được các tế bào này hấp thụ như là những dưỡng chất. Các phần tử này được coi như những cái “mồi nhử”, đặt những “phần tử đánh dấu phát quang” lên các tế bào ác tính (là các mục tiêu) và sẽ tiêu diệt chúng trên chặng đường đi qua bằng cách tiết ra những dược liệu đặc trị đã được mang theo.
Công nghệ nano ở Việt Nam: CNNN là một khoa học liên ngành, bao gồm toán học, vật lí, hoá học, y - sinh học, khoa học sự sống và một loạt các công cụ cụ thể khác. Như vậy, để phát triển công nghệ nano cần có một nền khoa học phát triển, sự đầu tư lớn và đồng bộ trong nhiều lĩnh vực. Việt Nam là một nước đang phát triển, nền kinh tế đang ở mức thấp, nhưng những năm qua, Chính phủ, Bộ Khoa học & Công nghệ, Bộ Giáo dục & Đào tạo đã rất quan tâm về lĩnh nghiên cứu và ứng dụng CNNN.
Từ những năm 90 của thế kỉ trước, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã bắt đầu nghiên cứu nhiều loại vật liệu có kích thước nano bằng nhiều phương pháp khác nhau như kĩ thuật sol-gel, phân huỷ chất rắn quá bão hoà và vật liệu từ nano tinh thể.
Từ năm 1996, các Viện thuộc Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ Quốc gia đã nghiên cứu công nghệ chế tạo lớp phủ TiO2 có kích thước hạt nano lên một số loại vật liệu dùng để phân huỷ các hợp chất hữu cơ gây ô nhiễm như khói thải, các hoá chất độc hại trong nước thải như thuốc trừ sâu...
Ngày 22 tháng 12 năm 2003, TS Nguyễn Chánh Khê, Giám đốc trung tâm nghiên cứu - Khu công nghệ cao Thành phố Hồ Chí Minh - đã công bố Việt Nam lần đầu tiên chế tạo thành công vật liệu nano. Đây là một thành công vượt bậc của khoa học Việt Nam vì chỉ mới có rất ít nước trên thế giới chế tạo được loại vật liệu này. Vật liệu nano do Việt Nam công bố là carbon nano "lỏng" được chế tạo từ những vật liệu hết sức đặc biệt mà các hướng nghiên cứu trên thế giới đều không nghĩ đến là các loại than như than đất đèn, than xơ dừa, than dầu..., nhóm nghiên cứu đã dùng vật liệu này chế tạo thành công mực in vi tính. Vật liệu carbon nano "lỏng" là vật liệu cơ bản để chế tạo vi mạch, các linh kiện bán dẫn, vật liệu công nghệ thông tin...giúp cho Việt Nam có thể hình thành ngành công nghiệp linh kiện bán dẫn, một ngành công nghệ có lợi nhuận cao. Năm 2004, nhóm nghiên cứu đã được trang bị các thiết bị để từ carbon nano "lỏng" chế tạo ra ống carbon đơn phân tử. Nếu thành công thì kết quả này sẽ mang lại rất nhiều lợi nhuận vì giá bán loại vật liệu này trên thế giới rất đắt.
Việc ứng dụng CNNN và đặc biệt là sản xuất thành công TiO2 có kích thước hạt nano, carbon nano "lỏng"...là niềm tự hào của nền khoa học Việt Nam, chứng tỏ chúng ta có thể hoà nhập vào những bước tiến vũ bão của khoa học công nghệ thế giới, ngay cả với một công nghệ cực khó như công nghệ nano.
Nguồn:
http://www.htu.edu.vn/index.php/nckh/tin-tuc-khoa-hoc/114-cong-nghe-nano-cong-nghe-cua-tuong-lai-gan.html
Trang Chính 
