Công nghệ Nano

251

Công nghệ Nano là ngành công nghệ điều khiển hình dáng, kích thước trên quy mô nanomet (1nm = 10-9m) trong thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị, hệ thống.

Phân loại vật liệu nano
Đối tượng của Công nghệ Nano là vật liệu nano. Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nanomet, chia thành 3 trạng thái là rắn, lỏng và khí. Hiện nay, chúng ta đang chủ yếu tập trung nghiên cứu vật liệu nano ở trạng thái rắn, sau đó mới đến các chất lỏng và khí.
Hình dáng vật liệu Nano được phân ra thành 3 loại chính gồm: Vật liệu nano không chiều – cả 3 chiều đều có kích thước nano, không còn chiều tự do điện tử (ví dụ: hạt nano, đám nano); Vật liệu nano một chiều – hai chiều có kích thước nano, một chiều tự do cho điện tử (hai chiều cầm tù, ví dụ: ống nano, dây nano); Vật liệu hai chiều – một chiều có kích thước nano, điện tử được tự do trên 2 chiều (ví dụ: màng mỏng). Ngoài ra, hình dáng vật liệu nano còn có loại 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, 1 chiều và 2 chiều đan xen lẫn nhau.

Chế tạo vật liệu nano

Vật liệu nano được chế tạo bằng 2 phương pháp:
– Phương pháp từ trên xuống: là phương pháp tạo hạt kích thước nano từ các hạt có kích thước lớn hơn với nguyên lý là “dùng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến vật liệu thể khối với tổ chức hạt thô thành cỡ hạt kích thước nano”.
– Phương pháp từ dưới lên: là phương pháp hình thành hạt nano từ các nguyên tử hoặc ion, bao gồm phương pháp hóa học, phương pháp vật lý hoặc kết hợp cả 2. Phương pháp này được phát triển mạnh mẽ bởi tính linh động và chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Các vật liệu nano mà chúng ta dùng hiện nay phần lớn được chế tạo từ phương pháp này.

Ứng dụng của Công nghệ Nano

Công nghệ Nano ra đời đã tạo nên bước phát triển nhảy vọt cho ngành công nghiệp, nông nghiệp, y tế, hàng tiêu dùng, thực phẩm… Hơn nữa, khoa học nano là một trong những biên giới của khoa học chưa được thám hiểm tường tận và nó hứa hẹn nhiều phát minh kỹ thuật lý thú nhất.

3.1. Y học
Y học – Y tế là một trong những ứng dụng lớn nhất của công nghệ nano. Ví dụ như:
– Trong 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. Nghiên cứu sử dụng các hạt nano vàng để chống lại nhiều loại ung thư đã cho kết quả rất khả quan. Các hạt nano này sẽ được đưa đến các khối u bên trong cơ thể và được tăng nhiệt độ bằng tia laser hồng ngoại chiếu từ bên ngoài để có thể tiêu diệt các khối u.
– Không chỉ 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.

Những chú robot nano

Trong tương lai không xa, công nghệ Nano sẽ giúp con người chống lại căn bênh ung thư quái ác, bao gồm cả 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.

3.2. Điện tử
Công nghệ nano cũng được ứng dụng rộng rãi trong ngành điện tử. Những bộ vi xử lý được làm từ vật liệu nano khá phổ biến trên thị trường, một số sản phẩm như bàn phím, chuột cũng được phủ một lớp nano kháng khuẩn.
Pin nano trong tương lai sẽ có cấu tạo theo kiểu ống nanowhiskers, khiến các cực của pin có diện tích bề mặt lớn hơn rất nhiều lần, từ đó giúp nó lưu trữ được nhiều điện năng hơn trong khi kích thước của pin sẽ ngày càng được thu nhỏ lại.

3.3. May mặc
Việc áp dụng các hạt nano bạc vào 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. Các hạt nano bạc này có thể thu hút các vi khuẩn và tiêu diệt các tế bào của chúng. Và ứng dụng hữu ích này đã được áp dụng trên một số mẫu quần áo thể thao, quần lót khử mùi, bít tất…

Không chỉ dừng lại ở công dụng diệt khuẩn, 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 năng lượng mặt trời, gió và với công nghệ nano bạn sẽ có thể sạc điện cho 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.

3.4. Nông nghiệp
Ý tưởng ứng dụng vật liệu nano bạc với khả năng siêu diệt khuẩn vào việc phòng và trị các nguồn bệnh do vi khuẩn, vi rút và nấm gây ra trên cây trồng, vật nuôi, bảo quản nông sản đã được các nhà sáng chế nghiên cứu và sản xuất thành công. Những sản phẩm dung dịch – gel nano bạc đã mang đến giải pháp mới cho ngành nông nghiệp sạch.

Quá trình nghiên cứu của Viện công nghệ môi trường cho ra các sản phẩm nano như: nano sắt, nano đồng, nano oxit kẽm, nano coban, nano selen, nano chitosan…

Các sản phẩm nano sau đó được tiếp tục nghiên cứu để đưa ra các giải pháp trong nông nghiệp và thủy sản. Cụ thể, với sản phẩm phân bón lá nano, theo nghiên cứu các hạt nano vi lượng sắt, đồng, kẽm, coban, boron… được tổng hợp bằng phương pháp khử hóa học, sử dụng các hóa chất thân thiện với môi trường. Phân bón lá nano giúp cây trồng dễ hấp thu nhờ sử dụng các hạt nano siêu phân tán. Nhờ vậy mà có thể giảm lượng phân bón sử dụng trong sản xuất nông nghiệp.

Ưu điểm của phân bón lá nano là cây trồng dễ hấp thu hơn so với các loại phân bón lá truyền thống do kích thước nhỏ, dễ lan tỏa và bám dính trên lá. Phân bón nano cung cấp các nguyên tố vi lượng cần thiết cho cây trồng, không gây hại môi trường sinh thái và giá thành rẻ.

Một sản phẩm vi lượng dạng nano được trưng bày tại hội thảo. Ảnh: Hà Thế An.

Sản phẩm nano cũng được ứng dụng trong công nghệ bọc hạt giống nhằm tăng thời gian bảo quản, chống nấm cho đất trồng và cung cấp dinh dưỡng cho cây mọc mầm. Vật liệu này bao gồm: phân bón vi lượng, nano bạc và một số vi sinh vật có lợi cho cây trồng. Ưu điểm của phương pháp này là chống nấm, tăng cường sinh trưởng của cây con; tăng thời gian bảo quản hạt giống; giảm chi phí lao động chăm sóc cây…

Một ứng dụng khác, hạt nano có thể sử dụng làm phụ gia thức ăn chăn nuôi gồm các nguyên tố vi lượng như đồng, kẽm, mangan, coban… có kích thước nano được dùng với hàm lượng rất nhỏ để thay thế một số nguyên tố vi lượng dạng muối, dạng phức đang được sử dụng hiện nay để bổ sung vào thức ăn chăn nuôi.

Phương pháp này sẽ giúp vật nuôi dễ dàng hấp thu các nguyên tố vi lượng dưới dạng hạt kích thước nano, hạn chế tác dụng phụ của các muối kim loại trong thức ăn chăn nuôi truyền thống.

Ngoài ra, công nghệ nano còn được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất các mặt hàng chăm sóc sức khỏe, gia dụng, mỹ phẩm…