Tổng thuật về công nghệ nano

Tổng thuật về công nghệ nano Theo báo Popular Mechanics, năm 2007 được dự đoán là thời điểm bùng nổ ứng dụng những công nghệ hữu ích phục vụ đời sống, trong số 8 công nghệ mà mọi chuyên gia đều không thể bỏ qua, thì đã có một sản phẩm ứng dụng công nghệ NANO. Theo ước tính của giới khoa học, trong vòng 10 năm tới, các sản phẩm từ công nghệ NANO sẽ đáng giá hơn 1000 tỷ đô la Xuất phát điểm của công nghệ NANO. Năm 1959 giáo sư Richard Feynman (Viện kỹ thuật Massatchusets-MIT) đề ra một thuyết táo bạo: "Thay vì phân chia vật chất, tại sao chúng ta không đi từ cái vô cùng nhỏ?". Mười năm sau, sinh viên Eric Drexler nghĩ ra thuật ngữ Nanotechnologie. Năm 1985, 2 nhà nghiên cứu Gerd Bining (Đức) và Heinrich Rohrer (Thuỵ Sỹ) tạo ra kính hiển vi, có khả năng nhìn những vật chỉ nhỏ bằng 1/25 kích thước phân tử. Một năm sau, họ đoạt giải Nobel. Năm 1990, một nhà nghiên cứu của hãng IBM Don Eigler mới đạt được những thành công từ kỹ thuật NANO, là vẽ lại được biểu tượng của nhiều công ty bằng những dạng vật chất siêu nhỏ, từ kỹ thuật siêu nhỏ. Từ đó NANO xem như được công chúng biết đến. Công nghệ NANO thuộc vào lĩnh vực khoa học và công nghệ ở quy mô NANO của các nguyên tử và phân tử. Những tính chất của vật chất trong lĩnh vực này có thể được quan sát và khảo sát ở quy mô vi mô hoặc vĩ mô và được ứng dụng để phát triển các nguyên liệu, dụng cụ với những chức năng và tính năng mới. Nhiều lĩnh vực của công nghệ NANO vẫn còn trong giai đoạn phát triển ban đầu, nhưng một số ứng dụng đã được thương mại hoá một cách thành công, nhất là trong lĩnh vực của vật liệu polyme mới. Công nghệ NANO cũng đã xâm - Bằng cách kết hợp các chất độn NANO tính năng cao, ví dụ bentonit cỡ NANO đã biến đổi bề mặt. Công nghệ NANO cho phép sản xuất các vật liệu có tính ổn định cơ học ở nồng độ chất độn rất thấp. Điều này tạo ra lợi thế rõ ràng về mặt trọng lượng, nhất là khi áp dụng trong sản xuất các phụ tùng ô tô. nhập vào ngành sản xuất vật liệu công nghiệp với một số ứng dụng cụ thể như sau: Ứng dụng của công nghệ NANO. - Khác với các chất độn thông thường, nếu sử dụng chất độn bentonit cỡ NANO với lượng rất nhỏ thì có thể tăng tính ổn định nhiệt của polyamit thêm khoảng 500C. - Nếu chỉ bổ sung các chất độn NANO ở mức 2% trọng lượng của vật liệu composit thì có thể giảm 50% độ thẩm thấu đối với oxy, CO2 và hơi nước. - Cỡ hạt đặt biệt mịn của các chất độn bentonit cỡ NANO, cho phép tạo ra các lớp vật liệu silicat vô cơ 3 chiều, trong chất nền hữu cơ với hàm lượng chất độn chỉ ở mức vài phần trăm trọng lượng. Khi cháy, mạng khoáng chất vô cơ này góp phần tạo thành các vách cứng, nhờ đó ngăn lửa lan rộng. Tính chất này được áp dụng để sản xuất các vật liệu có tính năng chống cháy. - Các loại bột màu đặc biệt với khả năng hấp thụ cao (ví dụ canxi cacbonat tự nhiên, nghiền mịn với các biến đổi đặc biệt trong cấu trúc bề mặt) đã được phát triển cho các loại sơn đặc biệt. ở đây người ta áp dụng phương pháp tạo hoạt tính NANO trên bề mặt các hạt cỡ micro. - Máy cảm biến NANO thay thế thiết bị bán dẫn, Bê tông NANO thay thế xi măng - giá thành rẻ hơn và không thải ra quá nhiều CO2 trong quá trình sản xuất. Những loại bột màu đặc biệt này có tốc độ hấp thụ nhanh hơn và dung tích lỏng lớn gấp 10 lần so với bột màu đồng nhất thông thường. Những tính chất này rất có lợi đối với nhiều ứng dụng đòi hỏi tính hấp thụ chất lỏng cao, ví dụ các loại mực in. Nhiều ứng dụng đã được tiến hành trong nhiều lĩnh vực ít ai ngờ và những ý tưởng mới và lạ nhất đang hình thành ở khắp mọi công ty lớn trên thế giới. Chẳng hạn, những phân tử polyme siêu nhỏ và siêu bền, được dùng để chế tạo ván trượt tuyết, giúp trượt dễ hơn. Quần áo của các vận động viên hay nhà thám hiểm cũng được dệt từ các loại sợi NANO siêu kín và siêu mỏng, chống chọi tốt với cái lạnh khắc nghiệt của vùng cực hay đỉnh Everest. Một quả bóng tennis được chế tạo từ kỹ thuật NANO sẽ có sức chịu đựng gấp đôi so với bóng hiện nay. Dầu hay kem dưỡng da từ NANO sẽ giúp da chống lại tia cực tím một các hữu hiệu. Máy in Xerox vào năm 2015 có kích thước chỉ bằng viên xúc xắc. Những tấm pin mặt trời hay trạm điện mặt trời chỉ to bằng hòn tẩy. Một loạt công ty đã nhảy vào cuộc: Mitsubishi, Motorola, Lucent, Hitachi, Nec, Sony, Microsoft, IBM. Riêng Mitsubishi đã đầu tư hơn 100 triệu Euro cho NANO đến năm 2007. Công ty này sẽ tạo ra những loại sợi carbone nhỏ chắc hơn thép 100 lần và nhẹ hơn thép 6 lần. Hewlett - Packard cũng không muốn chậm chân: nhà nghiên cứu Stanley Williams dang chỉ huy hệ thống phòng thí nghiệm thử nghiệm nhiều loại chất liệu NANO. Theo tạp chí Forber, giáo sư này là một trong những cao thủ về NANO của thế giới. Hiện nay, Williams đã thành công trong việc nhét một bóng bán dẫn vào một phân tử. Một khoản ngân sách, chỉ riêng năm 2003, đã có 3 tỷ Euro được chi ra cho những nhà nghiên cứu NANO thượng thặng. Tạp chí Asiaweek nhận định rằng thị trường NANO chưa bùng nổ sớm tại Châu á, nhưng Trung Quốc không muốn thua kém Nhật Bản và ấn Độ… Mỹ là quốc gia rất quan tâm đến NANO. Tổng thống Bill Clinton khi còn đương nhiệm đã thành lập Viện nghiên cứu kỹ thuật NANO quốc gia. Ông Bush năm 2003 đã chi 710 triệu đô la, so với năm 2002 chỉ 604 triệu đô la cho nghiên cứu NANO. Người Mỹ hy vọng NANO sẽ có nhiều ứng dụng triệt để cho các ngành y tế, giáo dục, năng lượng, giao thông và cả tư pháp. Hàng loạt thiết kế các máy NANO bước đầu đã đạt được một số kết quả khả quan trong ngành y tế. Ngay cơ quan NASA cũng đang nghĩ đến việc giảm bớt khối lượng hành lý cho phi công vũ trụ, vì hiện nay mỗi người phải mang đến 150 kg. Nhà khoa học Mayya Meyyappan còn cho rằng một "hành lang đi lại" giữa trái đất và sao hoả sẽ hình thành trước năm 2020, với trạm dừng là mặt trăng. Thời gian đi lại chỉ 5 giờ. Muốn vậy, phải cần đủ loại vật chất NANO để xây các trạm và hành lang. Nhưng dù sao, với Mỹ quân sự vẫn là mục tiêu ưu tiên. Vì vậy, Bộ quốc phòng Mỹ đã kết hợp với MIT thành lập Viện nghiên cứu kỹ thuật NANO cho quân nhân. Nhiệm vụ của kỹ thuật NANO trong viện này là tạo ra những loại vải đặc biệt, giúp những binh đoàn hoá học thoát khỏi hơi độc của đối phương. Bản hợp đồng cho quần áo không thôi đã trị giá 50 triệu đô la (đến năm 2013). Công nghệ NANO - Mối quan tâm của Chính phủ các nước. Không chỉ có Mỹ, Nhật Bản năm 2002 đã đầu tư 750 triệu đô la cho NANO, Trung Quốc là 200 triệu và Hàn Quốc là 150 triệu đô la. Châu Âu trong thập niên qua đã tạo điều kiện nghiên cứu lý thuyết về KH&CN NANO. EC đã xác định 5 động lực chính đối với nghiên cứu và ứng dụng Công nghệ NANO là: Tăng cường đầu tư và hợp tác trong nghiên cứu ứng dụng. Phát triển cơ sở hạ tầng cho nghiên cứu và ứng dụng công nghệ NANO, có tính đến nhu cầu của các ngành Công nghiệp và các cơ quan nghiên cứu; Hỗ trợ việc giáo dục và đào tạo cán bộ nghiên cứu; Đảm bảo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển giao và đổi mới công nghệ để đưa các kiến thức về công nghệ NANO vào các sản phẩm và các quy trình công nghiệp. Đối với Việt Nam, trong nỗ lực đi tắt đón đầu, vào tháng 8/2006 tại Cần Thơ đã tổ chức Hội thảo khoa học toàn quốc về ứng dụng công nghệ NANO, với sự đăng đàn của nhiều nhà khoa học thế giới. NANO vươn tới chân trời mới. Người Nhật Bản từng trông cậy rất nhiều vào phân tử Fullerene (có hình dạng như quả bóng đá), qua bàn tay của kỹ sư Sujio Ijima, nó trở thành một loại phân tử NANO mới, có hơn 200 ứng dụng trong mọi lĩnh vực. Đến nay Nhật Bản đã tạo được những phân tử carbone mảnh hơn sợi tóc 100.000 lần. Đây là thế hệ thứ 3 của ống NANO, sẽ được áp dụng vào kỹ thuật hàng không và dò tìm đáy biển. Xe hơi - thế mạnh truyền thống của Nhật Bản, sẽ được NANO hỗ trợ nhiều. Thế hệ xe hơi chạy bằng hyđro sẽ thống lĩnh thị trường, với pin sạc năng lượng được chế từ ống NANO. Các hãng điện thoại di động như Nokia, Motorola hay Ericsson đều đang trông chờ vào NANO để tạo ra những loại pin siêu bền, những loại điện thoại ngâm dưới nước hay chịu nổi nhiệt độ cao. Nhưng giá thành của 1g vật chất NANO hiện nay còn rất đắt, có khi lên đến 1000 đôla. Kỹ thuật NANO là cả một quy trình phức tạp, đòi hỏi nhiều bài toán và lời giải liên hoàn. Chẳng hạn, khi CNRS (Trung tâm nghiên cứu khoa học quốc gia Pháp) tuyên bố tạo ra một loại ống NANO chắc và dai hơn thép 150 lần, thì vấn đề sau đó là làm sao xoắn hay thắt nút nó! Và phải hơn 2 năm sau CNRS mới giải được bài toán này, vì nếu không làm được thì tính ứng dụng của ống này là số không. Với ngành năng lượng, NANO là vị cứu tinh trong tương lai, vì dây cáp sẽ cứng hơn kim cương đến 3 lần, nhưng lại nhẹ hơn thép đến 7 lần. Một số công ty chuyên về cáp ngầm dưới biển rất bực bội khi nước biển và cá mập thường xuyên gây thiệt hại cho những sợi cáp. Vì vậy, họ hy vọng giới khoa học tìm ra loại cáp ngầm cứng hơn và không bị nước biển ăn mòn. Sau này, khi gió thổi vào một tấm màn cửa, nó sẽ phát điện nhờ công nghệ NANO. Hoặc nữa, một phi công vũ trụ chỉ cần mặc loại quần áo sợi NANO là có đủ năng lượng cho cơ thể. Hãng IBM đang tạo ra những phân tử NANO có 2 tính chất: vừa là kim loại vừa mang tính bán dẫn. Những phân tử này sẽ tạo ra những thế hệ máy tính cực khoẻ và bền. Với người Anh, kỹ thuật NANO còn được cảnh sát trông cậy, ít ra là phương pháp dùng những viên bi phát sáng. Những viên bi siêu nhỏ này, khi gặp những phân tử mồ hồi hay mỡ của thủ phạm, sẽ tự động phát sáng như lân tinh. Điều này giúp cảnh sát đỡ phải lần mò tại hiện trường như hiện nay... Một lĩnh vực mới đang hình thành: thành lập công ty chuyên NANO, thay vì chỉ là một phân ban của một Trường đại học hay công ty nào đó, nhằm mục tiêu: rẻ, nhẹ, bền và ít hao năng lượng là 4 tiêu chuẩn của sản phẩm NANO trong tương lai. Thay lời kết. Nhu cầu phát triển của công nghệ nói chung và của công nghệ NANO nói riêng luôn đặt cho các nhà khoa học nhiều vấn đề mới, mang tính tổng hợp, liên ngành. Một sản phẩm công nghệ chỉ được coi là thành công hay có nhiều hứa hẹn nếu nó phát triển được trên nền tảng phát triển của chính nó: Được sử dụng rộng rãi, đem lại hiệu quả kinh tế để có thể "lấy ngắn nuôi dài", thúc đẩy trở lại sự phát triển sản xuất, đưa trình độ công nghệ của chính nó lên một tầm cao mới. Việc mở rộng khái niệm về các cỗ máy đến mức có thể xoá đi ranh giới phân chia thế giới của sự sống và thế giới không có sự sống, vấn đề thường gặp ở lĩnh vực công nghệ NANO, không phải là chuyện viễn tưởng. Thực tế, việc mở rộng đó, đã tạo nên cú hích phát triển, làm phong phú thêm các cách tiếp cận công nghệ./.