Công nghệ nano là gì? Vai trò và Ứng dụng của công nghệ nano
Danh mục nội dung
Công nghệ nano là gì?
Công nghệ nano, (tiếng Anh: nanotechnology) là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước trên quy mô nanomet (nm, 1 nm = 10-9 m). Ranh giới giữa công nghệ nano và khoa học nano đôi khi không rõ ràng, tuy nhiên chúng đều có chung đối tượng là vật liệu nano. Công nghệ nano bao gồm các vấn đề chính sau đây:
- Cơ sở khoa học nano
- Phương pháp quan sát và can thiệp ở quy mô nanomet
- Chế tạo vật liệu nano
- Ứng dụng vật liệu nano
Có 2 phương thức chế tạo công nghệ nano:
- Top Down: chia nhỏ hệ thống lớn để tạo nên đơn vị có kích thước nano
- Bottom Up: ghép những hạt cỡ phân tử hay nguyên tử để thu được kích thước nano.
Sự xuất hiện của khoa học và công nghệ nano đang là một cuộc cách mạng về lề lối suy nghĩ và phương pháp thiết kế các loại vật liệu phục vụ cho mục đích của con người, từ dược phẩm trị liệu đến các linh kiện điện tử với những đặc tính định sẵn ngay từ thang phân tử. Xét về nguồn gốc lịch sử, một trong những sản phẩm mang tính nguyên thủy của “công nghệ nano” là cơ thể con người. Con người và cả sinh, thực vật là do những nguyên tố hóa học tạo nên. Ví dụ bằng một phương pháp nào đó làm phân rã cơ thể con người đến tận thành phần cấu tạo cơ bản, sẽ thu lượm được khí oxygen, hydro và nitro, than (cácbon), canxi, muối, các nguyên tố vô cơ như lưu huỳnh, phốt pho, kim loại (sắt, manhe, natri...) và hơn chục nguyên tố khác. Nếu đánh giá theo tiêu chuẩn thương mại thì toàn bộ các nguyên tố hóa học này gần như không có giá trị. Tuy nhiên, tạo hóa đã biết dùng phương pháp mà bây giờ gọi là “công nghệ nano” để biến những nguyên tố bất động, vô tri trở thành một sinh vật có ý thức, khả năng sinh sản, biết suy nghĩ.
Phân loại công nghệ Nano
Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nanomet. 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, không còn chiều tự do nào cho điện tử), ví dụ: đám nano, hạt nano.
- Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano, điện tử được tự do trên một chiều (hai chiều cầm tù), ví dụ: dây nano, ống nano.
- Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, hai chiều tự do, 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.
Ứng dụng của công nghệ nano
Ứng dụng của công nghệ nano trong ngành điện tử:
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.
Công nghệ nano cũng đóng góp không nhỏ trong lĩnh vực điện tử, đặc biệt là công nghệ năng lượng. 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 của công nghệ nano trong y học:
Ứng dụng của khoa học và công nghệ nano mang lại niềm hy vọng lớn nhất cho con người như là trong y học, chủ yếu liên quan đến việc tải thuốc đến các tế bào bệnh và chẩn bệnh chính xác ở cấp phân tử. Việc tận dụng hạt nano làm “vật mang” (carrier) trong việc tải thuốc và nhả thuốc đúng “địa chỉ” là hy vọng sống còn trong trị liệu khối u, ung thư. Liposome chính là “hạt tải thuốc” như vậy. Thành quả nghiên cứu trong vài thập niên vừa qua đã tối ưu hóa cấu trúc liposome, gia tăng hiệu năng cho việc hóa trị liệu ung thư cho con người, do vậy đã được thương mại hóa. Polyme cũng là vật tải thuốc có chức năng tương tự nhưng với một cấu trúc đơn giản hơn. Đó thường là polyme sinh học chitosan (chế biến từ vỏ tôm) hay polyme tổng hợp, poly(butylcyano acrylat). Các polyme kết tập thành các mixen (micelle) có tính tương thích sinh học (bio-compatible) và phân hủy sinh học (bio-degradable). Tương tự như hạt liposome, khi gặp môi trường của khối u, ung thư có độ pH thích ứng, polyme bị phân giải và nhả thuốc với một tốc độ tối ưu định sẵn.
Ứng dụng của công nghệ nano trong ngành môi trường:
