Công nghê Nanô ?

Kích th

cướ

Đ nh nghĩa

ị

“

quy

ỹ

Công ngh nano là m t ngành khoa h c - k thu t ậ ở c nanômét

ệ mô nguyên t

ộ và phân t

ọ - kích th ướ

ử

National Nanotechnology Initiative, 2007

Nanô mét

1 m = 109 nm

1 nm = 10-9 m

Kích th

cướ

10-2 m

Nhân tạo Nhân tạo

Tự nhiên Tự nhiên

1 cm 10 mm

Đ u đinh ầ 1-2 mm

1,000,000 nanometers =

10-3 m

21st Century Challenge

Thi

t b MEMS

ế ị

1 millimeter (mm)

Ki n ế ~ 5mm

10 -100 µm

i

e v a w o r c M

Con ve

10-4 m

200 µm

0.1 mm 100 mm

ợ

Tro, tàn thu cố ~ 10-20 µm

S i tóc ~ 60 – 120 µm wide

10-5 m

i

0.01 mm 10 mm

T bào h ng c u ồ

ầ

d e r a r f n

d l r o w o r c M e h T

I

ề

ế Ph n hoa

ấ

T bào b ch c u ầ ạ ~ 2-5 μm

10-6 m

l

i

1,000 nanometers = 1 micrometer (mm)

i

e b s V

10-7 m

0.1 mm 100 nm

l

i

t e o v a r t l

U

ng Nanô 10x nm

Combine nanoscale building blocks to make novel functional devices, e.g., a photosynthetic reaction center with integral semiconductor storage

Ố (đi n c c) ệ ự

10-8 m

0.01 mm 10 nm

ng nanô (transistor)

Ố

~10 nm diameter

d l r o w o n a N e h T

ATP synthase

10-9 m

1 nanometer (nm)

y a r - x

t f o S

ố

(48 nt

ng t

ề ặ

ượ

ử

ố

10-10 m

0.1 nm

ng Carbon ~1.3 nm

DNA ~2-1/2 nm

ử c a 1 mũi dò STM (đ

Cu phân b trên b m t ng kính 14 nm)

Thành l ủ

ườ

Nguyên t

Siử

Office of Basic Energy Sciences Office of Science, U.S. DOE Version 03-05-02

Kho ng cách ~nm

ả

L ch s nghiên c u

ứ

ử

ị

ệ ề c đ ề

c r t nh là các nguyên t và ứ ề có ử

Richard Feynman.

Ý t ng v công ngh nano đ ượ ưở xu t vào 29/12/1959 do nhà v t lý ậ ấ t c m i th đ u Richard Feynman: t ấ ả ọ đ các ph n t c c u t o nên t ầ ử ừ ấ ạ ượ kích th ướ ấ ỏ . ử phân t

T c kè: Nanô?

ắ

S i nanô

ợ

ở

các ngón giúp t c kè bám ch t ặ ắ

http://robotics.eecs.berkeley.edu/~ronf/Gecko/index.html

“Hi u ng lá sen” – không dính

ệ ứ

ướ

B m t c u trúc nanô ! ề ặ ấ

L ch s nghiên c u

ứ

ử

ị

ở ọ ủ Ả nh ch p STM ụ

ụ

ể ử ầ ệ ầ

c t ng đ n nguyên t ượ ừ ử ơ

ủ

ử ụ ừ

Fe trên đ Cuế

ể

ử

di chuy n 35 nguyên t t o ra IBM trên b m t Ni ề ặ ạ

• 1981 các nhà khoa h c c a IBM Zurich (Th y Sĩ) l n đ u tiên đã phát minh ra kính ầ hi n vi đi n t quét xuyên ng m (scanning tunnelling microscope - STM): cho phép quan sát đ • Năm 1990 các nhà khoa h c c a IBM đã tìm ọ ể di chuy n t ng ra cách s d ng STM đ ể nguyên tử Xe (xenon) trên b m t niken ề ặ

L ch s nghiên c u

ứ

ử

ị

c trao năm i Nobel Hóa h c đ ọ ả ượ

ọ

ượ

ượ ế ế ạ

A “Buckyball.”

ờ ẹ ứ

• Gi 1996 cho 3 nhà khoa h c Harold Kroto, Robert Curl và Richard Smalley cho c tìm ra phát minh Carbon 60 đ 1985. • Đ n năm 1991, ng nanô Carbon 60 ố ế đã đ t đ n nh tính siêu nh - siêu c ng – siêu nh : nh ẹ h n 6 l n nh ng đ c ng g p 100 l n so v i thép!!!

c t o ra và bi ỏ ầ ộ ứ ư ấ ầ ơ

A “Carbon Nanotube”

ớ

Các s n ph m t

công ngh nanô

ả

ẩ

ừ

ệ

Nanô carbon

ng t

Ch m l ấ

ượ

ử

“Ôtô Nano” (Rice University)

Source:

H t nanô ạ H t nanô huỳnh ạ quang

Quân đ iộ

V i s i ả ợ

Các s n ph m ng d ng công ngh Nanô ụ

ẩ ứ

ệ

ả

Linh ki nệ t bế ị Thi

c ph m Thu c – d ố ượ ẩ

Qu c phòng ố An ninh

Th c ph m ự ẩ

Năng l ngượ

Hàng tiêu dùng

M ph m, chăm sóc s c kh e ứ ẩ ỏ ỹ

Công ngh Nanô và đ i s ng

ờ ố

ệ

Chăm sóc s c kh e Hàng tiêu dùng L ng th c, m ph m ứ ỏ ươ ự ẩ ỹ

Môi tr ngườ Giáo d cụ

Công ngh Nanô

ệ

Kinh tế Vũ trụ

Qu c phòng/an ninh ố

ng d ng: hàng không, an ninh, qu c

ụ

ố

Ứ phòng

ẹ

ạ

ậ ệ

trang nh , ch ng đ n, ắ

ố ổ

ầ

ố

ứ c s d ng ch t o

ứ ử ụ

ẹ ượ

ế ạ

-Qu n áo t ầ ch ng cháy, có th thay đ i m u s c ể theo môi tr

ng, tàng hình…

ườ

V t li u siêu nh - siêu c ng có ch a nanô Carbon đ v máy bay ỏ

ọ

ả

ế

ượ

ệ

-C m bi n sinh h c đ c tích h p bên ợ trong có kh năng phát hi n nhanh và ả chính xác các lo i vũ khí không nhìn ạ th y nh hóa h c, sinh h c… ọ

ấ

ọ

C m bi n sinh h c ọ ế ả

ng d ng: công ngh vũ tr , v tinh

Ứ

ụ ệ

ụ

ệ

ề ề ấ ầ

ụ ẹ ứ ử ụ ố

ứ ụ

Đ xu t g n đây v thang máy dùng trong vũ tr (nh , c ng, b n) s d ng các ng ề nanô carbon ph c v các nghiên c u không ụ gian

ng d ng: y sinh

Ứ

ụ

• Thi

ỗ

ọ

quá trình sinh h c t

t k các chu i sinh h c theo ọ ự

ự

ế ế các trình t nhiên ử

• S a ch a sai h ng và l p ráp các ỏ

ữ

ắ

chu i ph n t

sinh h c, gien,…

ầ ử

ọ

• Chu n đoán và đi u tr b nh

ị ệ

ề

ỗ ẩ

ng d ng: ngành đi n t

Ứ

ệ ử

ụ

• Ngành đi n t

ớ

ế ợ

ệ ử

ậ

ọ ọ

i có s liên h v i h ệ ớ ệ

ườ

ự

nanô k t h p v i ngành sinh h c, hóa h c, v t lý, k thu t, và ỹ ậ ọ khoa h c máy tính đ t o ra các con chip ể ạ máy tính (nanochips), nanomotors, … g n ắ v i c th ng ớ ơ ể th n kinh ầ

• Công ngh nano ch t o ra các máy tính ế ạ t ki m năng l

ệ siêu nh ti ỏ ế

ượ

ệ

ng d ng: ngành năng l

Ứ

ụ

ượ

ả ấ

ế ạ ư

ng m t tr i và ặ ờ ng đi n (pin m t ệ ượ ượ ữ ổ ặ

ớ ạ

ạ

Công ngh m i, v t li u m i t o ra ngu n ồ ệ ớ ậ ệ năng l ng s ch nh s d ng Hyđrô đ ể ư ử ụ cung c p cho các pin nhiên li u ệ

ượ ấ

Ch t o v t li u nanô có kh năng h p th ậ ệ ụ và l u tr ngu n năng l ồ chuy n đ i thành năng l ể tr i). ờ

N i dung môn h c ọ

ộ

ệ

ậ ệ ươ

ng pháp nghiên c u và quan sát các ứ

ậ ệ

ế ạ

ươ ng d ng v t li u nano

• Công ngh nanô • V t li u nanô • Ph c u trúc nanô ấ • Ph • Ứ

ng pháp ch t o v t li u nano ụ

ậ ệ

Vật liệu Nanô ?

m t chi u có kích th

c nano mét (< 100 nm)

V t li u nano là v t li u trong đó ít nh t ấ ậ ệ ướ ộ

ậ ệ ề

Phân lo i v t li u Nanô theo hình d ng

ạ ậ ệ

ạ

a- chu i h t nanô ổ ạ

b- băng nanô

c- dây nanô

d- ch m nanô ấ

e- ti p xúc nanô ế

f- ng nanô ố

g- ch m lõm nanô h- ấ

b c thang nanô ậ

j- xuy n nanô ế

k- màng m ng ch t o ỏ ế ạ

theo khuôn

Phân lo i v t li u nanô theo s chi u

ạ ậ ệ

ố

ề

• V t li u nano không chi u c nano, không còn ề (c ba chi u đ u có kích th ề ề ả ướ

do nào cho đi n t ), ví d , đám nano, h t nano... ụ ạ ề ự

• V t li u nano m t chi u ướ ề

c nano, ộ do trên m t chi u (hai chi u c m tù), ví d , dây nano, ng c t ệ ử ề là v t li u trong đó hai chi u có kích th ề ậ ệ ề ụ ầ ố ộ

c nano, ậ ệ chi u t ậ ệ đi n t đ ệ ử ượ ự nano,... ậ ệ ề ộ ướ

hai chi u t do, ví d , màng m ng,...

• V t li u nano hai chi u ề ự • V t li u nano ba chi u c c u t o t ề là v t li u trong đó m t chi u có kích th ụ ề là v t li u d ng kh i đ ậ ệ ỏ ậ ệ ấ ạ ừ ố ượ ạ các h t nanô ạ

• V t li u có c u trúc nano ấ ầ ộ ỉ

ướ hay nanocomposite trong đó ch có m t ph n c a ủ c nm, ho c c u trúc c a nó có nano không chi u, m t ộ ủ ề ặ

ậ ệ tinh thể ậ ệ v t li u có kích th ậ ệ ấ chi u, hai chi u đan xen l n nhau. ề ề ẫ

Phân lo i v t li u nanô theo s chi u

ạ ậ ệ

ố

ề

M t s ví d v t li u nanô theo s chi u

ụ ậ ệ

ộ ố

ố

ề

1 chi uề

0 chi uề

d ng h t ạ ạ dây nanô màng m ng ỏ c u trúc d th ấ ị ể ừ

màng ghi t hình kim

2 chi uề

màng m ngỏ đa l pớ

h t nanô m c trên c u trúc c t ộ ọ ấ ạ

Đ dài t

i h n c a m t s tính ch t c a v t li u

ộ

ớ ạ ủ

ấ ủ ậ ệ

ộ ố

ấ ậ

ậ ệ

ề

ọ

ớ ạ

i h n v kích th ề

ướ

c này thì tính ch t c a nó hoàn toàn b thay đ i.

ộ ấ ủ

ậ ệ

ướ

ế

ị

c. ổ

ỏ ơ i h n

c t

Các tính ch t v t lý, hóa h c c a các v t li u đ u có m t gi ủ N u v t li u mà nh h n kích th Kích th ướ ớ ạ

Đ dài t

i h n (nm)

Tính ch tấ

ộ

ớ ạ

Lĩnh v cự

B c sóng đi n t

10-100

ệ ử

ướ

do trung bình

ườ

ự

1-100

Tính ch t đi n ấ

ệ

Quãng đ ng t không đàn h iồ

ng ng m

1-10

Hi u ng đ ệ ứ

ườ

ầ

Đ dày vách đômen

10-100

ộ

Tính ch t tấ ừ

Quãng đ

ng tán x spin

1-100

ườ

ạ

H l

ng t

1-100

ố ượ

ử

Đ dài suy gi m

10-100

Tính ch t quang ấ

ả

ộ

10-100

Đ sâu b m t kim lo i ạ ề ặ

ộ

Đ dài liên k t c p Cooper

0,1-100

ế ặ

ộ

Tính siêu d nẫ

1-100

Đ th m th u Meisner ấ

ộ ẩ

ng tác b t đ nh x

1-1000

ươ

ấ ị

ứ

1-10

Biên h tạ

Bán kính kh i đ ng đ t v

1-100

Tính ch t cấ ơ

ở ộ

ứ ỡ

Sai h ng m m

0,1-10

ầ

ỏ

1-10

Đ nhăn b m t ề ặ

ộ

V t li u nanô

ậ ệ

Nhỏ Trung bình L nớ

1 nm 100 nm

ng t

Vi mô ấ

ử

ề

ớ ượ

Vĩ mô Tính ch t truy n th ng/c đi n (vĩ mô) ố

ổ ể

ề

ấ

ề ử

ệ ừ

ệ ứ

Nhi u tính ch t m i/l -Nhi t: tệ o nóng ch yả -C : đàn h i ồ ơ -Quang: h p th , truy n qua ụ ấ -Đi n: qui t c l ng t ắ ượ -T : hi u ng b m t, đ n đômen,… ề ặ -Hóa: xúc tác, ph n ng hóa h c,… ả ứ

ọ

n m trên b m t s chi m ử ằ ề ặ ẽ ế ủ ệ ứ ề ặ ố

ượ

ế

c v t li u ~ đ dài t

ộ

ớ ạ

i h n c a m t s tính ch t: ộ ố

ủ

ấ

ỏ ậ ệ

ướ

đáng k so v i t ng s nguyên t ớ ổ ử

do TB, sai h ng, xuyên ng m…)

ế ư ủ ỏ

ườ

ự

ể ớ ề ặ ng b m t chi m u th do liên k t bên trong lõi nh ầ ng t Do đóng góp c a hi u ng b m t: các s nguyên t t l ố ỉ ệ - T ph n b m t/th tích: S/V ~ 1/r l n ể ầ ỉ - Năng l ế ề ặ - S giam c m không gian c a các tính ch t ấ (Kích th ự Quãng đ ầ

V t li u nanô

ậ ệ

nc gi m khi xu ng kích th

Nhi t đ nóng ch y ~ năng l ng liên k t => T c nanô ệ ộ ả ượ ế ả ố ướ

Ví d : hi u ng b m t ề ặ ệ ứ

ụ

ụ t n ọ ướ

ế

c ph thu c vào 3 ộ ề ặ ế n ử ướ

Hình d ng gi ạ thành ph n l c liên k t: b m t ti p ầ ự xúc, không khí và phân t c bên trong.

t hoàn toàn Ch ng ố ướ

t kém Ch ng ố t t t ướ ố Ch ng ố ướ

ằ

T làm s ch b ng ạ ự “hi u ng lá sen” ệ ứ

Ví d : hi u ng b m t và ng d ng

ề ặ

ệ ứ

ứ

ụ

T nhiên ự

Liên k t v i b m t y u Liên k t v i b m t m nh ế ớ ề ặ ạ ế ớ ề ặ ế

ng d ng: Kính t làm s ch Ứ ụ ự ạ

Kính thông minh

Kính th Kính t làm s ch ngườ ự ạ

TiO2

Kính sinh thái t

làm s ch

ự

ạ

ủ ớ

Ph l p m ng nanô ỏ TiO2 (~15 nm) lên kính có tác d ng:ụ

ấ

ạ ủ ệ ứ

-H p th b c x t ạ ử ụ ứ ngo i c a m t tr i t o ặ ờ ạ ra hi u ng xúc tác quang hóa, phân h y ủ ch t b n trên kính ấ ẩ

c hút

ộ

- L p x p nanô ch ng ố ố ớ t và khi n c r i ướ ướ ơ xu ng b m t kinh, ề ặ ố t n các gi ọ ướ nhau, hình thành nên c s r a m t màn n ẽ ử ướ trôi ch t b n ấ ẩ

làm s ch S n t ạ ơ ự (s n nanô), v i t ả ự ơ làm s ch…ạ