Nano là gì? Vật liệu Nano là gì? Ứng dụng của vật liệu và công nghệ Nano?

Nano là gì?

Hình ảnh về công nghệ nano (nanotechology)

Công nghệ nano (nanotechology) là các thao tác của vật chất ở cấp độ nguyên tử và phân tử.

Nói một cách đơn giản, công nghệ nano kỹ thuật liên quan đến việc phân tích và chế tạo các cấu trúc phân tử bằng việc đưa về hình dạng, kích thước trên quy mô nanomet (nm, 1nm = 10^-9m).

Trước đây, hầu hết có rất ít người biết đến công nghệ nano là gì, ứng dụng của nó ra sao? Tuy nhiên, sau khi cuộc cách mạng 4.0 bắt đầu diễn ra không lâu, công nghệ nano bắt đầu được tìm thấy, khai thác và phát triển cho đến ngày nay. Ở thời điểm hiện tại, công nghệ nano đã có những đóng góp nhất định phục vụ cho nhu cầu đời sống của con người. Cụ thể là hàng tá sản phẩm được chế tạo ra như: thuỷ tinh, gốm sứ, vải,… với đa dạng kích thước và màu sắc khác nhau. Đây được coi là ngành công nghệ hàng đầu về khoa học kỹ thuật trên thế giới và có tiềm năng rất lớn trong tương lai.

Vật liệu Nano là gì?

Các loại vật liệu nano

Vật liệu nano là một loại vật liệu mới có cấu trúc các hạt, các sợi, các ống, các tấm mỏng,…có khả năng ứng dụng trong sinh học vì kích thước của chúng so sánh được với kích thước của tế bào khoảng từ 1 nanômét đến 100 nanômét (nm, 1nm = 10^-9m)

1. Các dạng tồn tại của vật liệu:

• Rắn
• Lỏng
• Khí

2. Có 3 loại hình dáng vật liệu chính

• Vật liệu nano không chiều (đám nano, hạt nano)
• Vật liệu nano một chiều (dây nano, ống nano)
• Vật liệu nano hai chiều (màng mỏng)
• Ngoài ra còn có vật liệu mang cấu trúc nano hay nanocomposite

3. Các phương pháp chế tạo vật liệu nano:

Có rất nhiều phương pháp để chế tạo vật liệu nano. Trong đó có 5 phương pháp phổ biến nhất:

• Phương pháp hóa ướt: Bao gồm các phương pháp thủy nhiệt, sol-gel, và đồng 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, độ pH,… mà các vật liệu nano được kết tủa từ dung dịch. Sau quá trình lọc, sấy khô, ta thu được các vật liệu có kích thước nano.
• Phương pháp cơ khí nano: 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 bi hay máy nghiền quay.
• Phương pháp bay hơi nhiệt: Gồm các phương pháp quang khắc (lithography), lắng đọng trong chân không (vacuum deposition), vật lí, hóa học. Các phương pháp này áp dụng hiệu quả trong chế tạo màng mỏng hoặc lớp bao phủ bề mặt. người ta cũng có thể dùng nó để chế tạo hạt nano bằng cách cạo vật liệu nano từ tấm chắn.
• Phương pháp pha khí: Gồm các phương pháp nhiệt phân, nổ điện (electro-explosion), đốt laser, bốc hơi ở nhiệt độ cao, plasma. Nguyên tắc của các phương pháp này là hình thành vật liệu nano từ pha khí.
• Phương pháp hóa học: Dung dịch muối kim loại thông qua quá trình phản ứng oxi hóa khử chuyển ion -> kim loại ở kích thước nano. Do các hạt nano có năng lượng lớn nên có khuynh hướng liên kết lại với nhau để quay về kích thước bền hơn (micro), do đó sau khi phản ứng hạt nano kim loại được bọc bằng chất bảo vệ. Điển hình là bạc keo hay còn gọi là nano bạc (Colloidal Silver).

Ứng dụng của vật liệu và công nghệ Nano?

1. Ứng dụng của vật liệu nano:

• Ứng dụng trong vật liệu ngăn cách: Cửa sổ, cửa kính,…
• Ứng dụng làm màn hình: Kính khi cho thêm hạt nano vào để chế tạo sẽ có tính dẻo tốt, cường độ được nâng cao, cản được tia tử ngoại và bức xạ sóng ngắn, khả năng xuyên sáng không bị ảnh hưởng.Mặt kính nano có thể thay thế mặt kính truyền thống hoặc kính mạ trắng.
• Ứng dụng trong gốm sứ: Gốm sứ kết cấu nano có cường độ và tính dẻo cao gấp nhiều lần gốm sứ truyền thống, ngoài ra có tính năng chịu nhiệt, chịu ma sát, chống ăn mòn trong khi tỷ trọng chỉ bằng 2/5 sắt thép. Nó đã và đang được ứng dụng trong các ngành công nghiệp ở nhiều nước. Gốm sứ kết cấu nano và kính vi tinh thể nano sẽ thay thế đá tự nhiên trong lĩnh vực tường màn xây dựng.
• Ứng dụng trong vật liệu xây dựng: Nhôm cho thêm hạt nano của vật liệu nào đó sẽ có cường độ và tính dẻo tăng gấp hai lần. Đây là công nghệ quan trọng được các doanh nghiệp sản xuất tấm nhôm và vật liệu nhôm tường màn xây dựng áp dụng để nâng cao tính năng sản phẩm. Chất dẻo phức hợp nano có cường độ và tính dẻo tương đương thép, trong khi nó dễ gia công hơn thép, lại có khả năng chống tĩnh điện, cản tia tử ngoại, khó bị lão hoá, v.v… Hiện nay chất dẻo phức hợp nano đã và đang được ứng dụng rộng rãi tại Trung Quốc và nhiều nước khác.
• Ứng dụng trong công trình xây dựng: Mái nhà bằng kim loại được sơn phủ thêm lớp vật liệu nano có khả năng tự điều chỉnh nhiệt độ của nó để cân bằng môi trường khí hậu trong nhà. Tương tự như vậy, các bức tường đều được gắn cảm biến nano do vậy nhiệt độ phòng có khả năng tự điều chỉnh tăng giảm tuỳ theo thời tiết. Bề mặt bệ bếp được làm bằng ôxit titan khi bị bẩn sẽ tự làm sạch ngoài ra còn có thể ngăn chặn vi khuẩn nấm mốc. Gạch men phòng tắm được phủ lớp vật liệu nano chống sự đóng váng của bọt xà phòng. Các bộ phận kết cấu được lắp linh kiện cảm ứng để giám sát khả năng chịu lực, sự biến dạng, lún, nứt rạn, ăn mòn…. giúp xử lý chúng kịp thời.

2. Ứng dụng của công nghệ Nano?

• Ứng dụng trong y học: Các nhà khoa học 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 ra 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.
• Ứng dụng trong các đồ điện tử xung quanh chúng ta: Công nghệ nano cũng đóng góp không nhỏ trong lĩnh vực điện tử, đặc biệt là pin nano trong tương lai sẽ có cấu tạo theo kiểu ống nanowhiskers. Cấu trúc ống này sẽ khiến các cực của pin có diện tích bề mặt lớn hơn rất nhiều lần, giúp nó lưu trữ được nhiều điện năng hơn. Trong khi kích thước của viên pin sẽ ngày càng được thu hẹp lại.
• Ứng dụng trong may mặc: Một ý tưởng vô cùng đặc biệt với loại quần áo, khăn tắm,… có khả năng diệt vi khuẩn gây mùi hôi khó chịu đã trở thành hiện thực với việc áp dụng các hạt nano bạc trong khâu xử lý kháng khuẩn.
• Ứng dụng nano bạc trong nuôi trồng thuỷ sản: với khả năng diệt khuẩn an toàn và không gây để lại dư lượng là lợi thế lớn của hạt nano bạc trong nuôi trồng thuỷ sản. Cùng với kích thước nhỏ bé và hiệu quả tiết chậm của các hạt nano bạc (khi đụng phải vi khuẩn có tính axit trong môi trường sẽ sinh ra ion Ag+), ion này có khả năng liên kết mạnh với peptidoglican, thành phần cấu tạo nên thành tế bào của vi khuẩn và gây ức chế khả năng vận chuyển oxy vào bên trong tế bào dẫn đến làm tê liệt vi khuẩn. Tìm hiểu thêm nano bạc là gì?

NANO NNA VIỆT NAM