CHƯƠNG 9. VẬT LIỆU NANO
9.1. Cấu trúc nano
a. Khái niệm
Cấu trúc nano là các hệ thống có kích cỡ thuộc thang nano (kích
thước cỡ từ 1 ÷100 nm) gồm các nguyên tử - phân tử được sắp đặt vị trí
sao cho cả hệ thống thực hiện được các chức năng định trước.
b. Phân loại
❑Theo cấu trúc hình học:
+ Cấu trúc dạng hạt
+ Cấu trúc dạng sợi
+ Cấu trúc dạng dây
+ Cấu trúc dạng ống
+ Cấu trúc dạng lớp hoặc màng mỏng
❑Theo chức năng:
+ Vật liệu nano: Hạt, tinh thể, composite cốt sợi, ống nano…
+ Linh kiện nano: Cảm biến nano, linh kiện đơn điện tử, linh kiện
của kỹ thuật spin…
+ Máy nano: MEMS, NEMS…
+ Máy nano phân tử (phân tử protein)…
1
CHƯƠNG 9. VẬT LIỆU NANO
9.2. Công nghệ nano
❑Công nghệ nano, (notechnology) 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.
2
CHƯƠNG 9. VẬT LIỆU NANO
9.3. Vật liệu nano
❑Vật liệu nano có thể là bột rời (hạt) có kích thước nanomet hoặc vật khối
cấu tạo từ những hạt có kích thước nhiều nanomet.
❑Vật liệu nano thường gặp dưới dạng bột, có các hạt kích thước cỡ hàng
chục micrômet đã được xem là siêu mịn.
❑Hạt tuy nhỏ nhưng vẫn có thể có cấu trúc dạng tinh thể, nghĩa là các
nguyên tử sắp xếp có trật tự trong phạm vi từng hạt. Mặt ngoài cũng như
mặt phân cách giữa các hạt (tinh giới hạt) có cấu trúc khác với bên trong
và chiếm một tỷ lệ đáng kể.
3
CHƯƠNG 9. VẬT LIỆU NANO
9.4. Hệ vi cơ nhiều chức năng (MEMS)
❑MEMS: Micro Electro Mehanical System - hệ vi điện cơ. Đó là sự tích
hợp của các linh kiện vi cơ và linh kiện vi điện tử được chế tạo trên cùng
một phiến vật liệu, thường là silic.
❑MEMS là cuộc cách mạng trong việc chế tạo ra sản phẩm tinh vi nhờ sự
kết hợp những giải pháp hợp lý về công nghệ vi điện tử và những thành
tựu mới về vi cơ, vi lưu, vi cảm biến, vi tác động…
❑MEMS có kích thước nhỏ như một con chip vi điện tử, có các chức năng
cảm biến (sensor), tác động (actuator) và cơ học khác (có thể xem
MEMS vi điện tử cung cấp bộ não, còn các công nghệ khác cung cấp tay
chân, mắt, mũi… cho một cơ thể sống).
4
CHƯƠNG 9. VẬT LIỆU NANO
9.4. Hệ vi cơ nhiều chức năng (MEMS)
Ứng dụng:
❑Trong xe ôtô, để bảo đảm an toàn nên ở mỗi ghế ngồi đều có cài đặt
MEMS và các bộ phận liên quan (gọn và khó thấy). Khi xe bị va chạm
mạnh hoặc phanh đột ngột, lập tức MEMS điều khiển các phản ứng hóa
học sinh khí của một số chất đặc biệt nằm trong túi khí và làm căng
phồng túi, giúp cách ly người với vật cứng trong xe (như vô lăng, kệ
trước, kính…) để giảm nguy cơ thương vong đối với những người trên
xe.
❑Trong y tế, hình sự, môi trường… đang phổ biến một loại sản phẩm
của MEMS, đó là phòng thí nghiệm trên một con chip LOC (Lab on a
Chip)…
5