Công nghệ nanô

Chia sẻ: Chu Tuyên Hoàng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

342
lượt xem 162
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo Công nghệ nanô

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Công nghệ nanô

Đ nh nghĩa CÔNG NGHÊ NANÔ ? “Công ngh nano là m t ngành khoa h c - k thu t quy mô nguyên t và phân t - kích thư c nanômét National Nanotechnology Initiative, 2007 3 Kích thư c Nanô mét 1 m = 109 nm 1 nm = 10-9 m 2 4
Kích thư c T c kè: Nanô? T nhiên 10-2 m 1 cm 10 mm Nhân t o ð u ñinh 1-2 mm 1,000,000 nanometers = 21st Century Ki n -3 10 m 1 millimeter Thi t b MEMS Challenge (mm) Microwave ~ 5mm 10 -100 µm Con ve 0.1 mm 10-4 m 200 µm 100 mm The Microworld Tro, tàn thu c S i tóc ~ 60 – 120 µm wide ~ 10-20 µm 0.01 mm 10-5 m 10 mm P O Infrared O O O O O O T bào h ng c u O O O O O O O O T bào Ph n hoa O O O O O O O O b ch c u 1,000 nanometers = S S S S S S S S ~ 2-5 µm 10-6 m 1 micrometer Visible (mm) 0.1 mm 10-7 m Combine nanoscale 100 nm Ultraviolet building blocks to make novel functional The Nanoworld devices, e.g., a photosynthetic reaction ng Nanô 10x nm center with integral 0.01 mm (ñi n c c) semiconductor storage 10-8 m 10 nm ng nanô (transistor) ~10 nm diameter ATP synthase 10-9 m 1 nanometer (nm) Soft x-ray DNA ng Carbon 10-10 m 0.1 nm Thành lư ng t (48 nt Cu phân b trên b m t 5 7 ~2-1/2 nm c a 1 mũi dò STM (ñư ng kính 14 nm) ~1.3 nm Nguyên t Si Office of Basic Energy Sciences Kho ng cách ~nm Office of Science, U.S. DO Version 03-05-02 E L ch s nghiên c u S i nanô các ngón giúp t c kè bám ch t Ý tư ng v công ngh nano ñư c ñ xu t vào 29/12/1959 do nhà v t lý Richard Feynman: t t c m i th ñ u ñư c c u t o nên t các ph n t có kích thư c r t nh là các nguyên t và phân t . Richard Feynman. 6 8 http://robotics.eecs.berkeley.edu/~ronf/Gecko/index.html
“Hi u ng lá sen” – không dính ư t? L ch s nghiên c u • Gi i Nobel Hóa h c ñư c trao năm 1996 cho 3 nhà khoa h c Harold Kroto, Robert Curl và Richard Smalley cho phát minh Carbon 60 ñư c tìm ra 1985. • ð n năm 1991, ng nanô Carbon 60 ñã ñư c t o ra và bi t ñ n nh tính siêu nh - siêu c ng – siêu nh : nh A “Buckyball.” hơn 6 l n nhưng ñ c ng g p 100 l n B m t c u trúc nanô ! so v i thép!!! A “Carbon Nanotube” 9 11 L ch s nghiên c u Các s n ph m t công ngh nanô • 1981 các nhà khoa h c c a IBM Zurich nh ch p STM Nanô carbon (Th y Sĩ) l n ñ u tiên ñã phát minh ra kính hi n vi ñi n t quét xuyên ng m (scanning tunnelling microscope - STM): cho phép quan sát ñư c t ng ñơn nguyên t • Năm 1990 các nhà khoa h c c a IBM ñã tìm Ch m lư ng t ra cách s d ng STM ñ di chuy n t ng nguyên t Xe (xenon) trên b m t niken “Ôtô Nano” (Rice University) Source: Fe trên ñ Cu di chuy n 35 nguyên t Xe H t nanô huỳnh t o ra IBM trên b m t Ni 10 H t nanô 12 quang
ng d ng: hàng không, an ninh, qu c phòng Quân ñ i V is i Các s n ph m ng d ng công ngh Nanô Linh ki n -Qu n áo tư trang nh , ch ng ñ n, Thi t b ch ng cháy, có th thay ñ i m u s c V t li u siêu nh - siêu c ng có ch a theo môi trư ng, tàng hình… nanô Carbon ñư c s d ng ch t o v máy bay -C m bi n sinh h c ñư c tích h p bên Thu c – dư c ph m Qu c phòng trong có kh năng phát hi n nhanh và chính xác các lo i vũ khí không nhìn An ninh th y như hóa h c, sinh h c… Th c ph m C m bi n sinh h c Năng lư ng Hàng tiêu dùng M ph m, chăm sóc s c kh e 13 15 Công ngh Nanô và ñ i s ng ng d ng: công ngh vũ tr , v tinh Chăm sóc s c kh e Hàng tiêu dùng Lương th c, m ph m ð xu t g n ñây v thang máy dùng trong vũ tr (nh , c ng, b n) s d ng các ng nanô carbon ph c v các nghiên c u không gian Môi trư ng Công ngh Nanô Giáo d c Kinh t Vũ tr Qu c phòng/an ninh 14 16
ng d ng: y sinh ng d ng: ngành năng lư ng • Thi t k các chu i sinh h c theo Ch t o v t li u nanô có kh năng h p th các trình t quá trình sinh h c t và lưu tr ngu n năng lư ng m t tr i và nhiên chuy n ñ i thành năng lư ng ñi n (pin m t tr i). • S a ch a sai h ng và l p ráp các chu i ph n t sinh h c, gien,… • Chu n ñoán và ñi u tr b nh Công ngh m i, v t li u m i t o ra ngu n năng lư ng s ch như s d ng Hyñrô ñ cung c p cho các pin nhiên li u 17 19 ng d ng: ngành đi n t N i dung môn h c • Ngành ñi n t nanô k t h p v i ngành sinh h c, hóa h c, v t lý, k thu t, và khoa h c máy tính ñ t o ra các con chip máy tính (nanochips), nanomotors, … g n • Công ngh nanô v i cơ th ngư i có s liên h v i h th n kinh • V t li u nanô • Công ngh nano ch t o ra các máy tính siêu nh ti t ki m năng lư ng • Phương pháp nghiên c u và quan sát các c u trúc nanô • Phương pháp ch t o v t li u nano • ng d ng v t li u nano 18 20
Phân lo i v t li u nanô theo s chi u V T LI U NANÔ ? • V t li u nano không chi u (c ba chi u đ u có kích thư c nano, không còn chi u t do nào cho đi n t ), ví d , đám nano, h t nano... • V t li u nano m t chi u là v t li u trong đó hai chi u có kích thư c nano, đi n t V t li u nano là v t li u trong ñó ít nh t đư c t do trên m t chi u (hai chi u c m tù), ví d , dây nano, ng nano,... • V t li u nano hai chi u là v t li u trong đó m t chi u có kích thư c nano, hai m t chi u có kích thư c nano mét (< 100 nm) chi u t do, ví d , màng m ng,... • V t li u nano ba chi u là v t li u d ng kh i đư c c u t o t các h t nanô tinh th • V t li u có c u trúc nano hay nanocomposite trong đó ch có m t ph n c a v t li u có kích thư c nm, ho c c u trúc c a nó có nano không chi u, m t chi u, hai chi u đan xen l n nhau. 21 23 Phân lo i v t li u Nanô theo hình d ng Phân lo i v t li u nanô theo s chi u a- chu i h t nanô b- băng nanô c- dây nanô d- ch m nanô e- ti p xúc nanô f- ng nanô g- ch m lõm nanô h- b c thang nanô j- xuy n nanô k- màng m ng ch t o theo khuôn 22 24
M t s ví d v t li u nanô theo s chi u V t li u nanô 0 chi u 1 chi u L n Trung bình Nh 100 nm 1 nm Vi mô d ng h t màng m ng Vĩ mô dây nanô Nhi u tính ch t m i/lư ng t c u trúc d th màng ghi t Tính ch t truy n th ng/c ñi n (vĩ mô) -Nhi t: to nóng ch y hình kim -Cơ: ñàn h i 2 chi u -Quang: h p th , truy n qua -ði n: qui t c lư ng t -T : hi u ng b m t, ñơn ñômen,… màng m ng -Hóa: xúc tác, ph n ng hóa h c,… ña l p Do ñóng góp c a hi u ng b m t: các s nguyên t n m trên b m t s chi m t l ñáng k so v i t ng s nguyên t h t nanô m c trên c u trúc c t - T ph n b m t/th tích: S/V ~ 1/r l n - Năng lư ng b m t chi m ưu th do liên k t bên trong lõi nh - S giam c m không gian c a các tính ch t (Kích thư c v t li u ~ ñ dài t i h n c a m t s tính ch t: 25 Quãng ñư ng t do TB, sai h ng, xuyên ng m…) 27 Đ dài t i h n c a m t s tính ch t c a v t li u V t li u nanô Các tính ch t v t lý, hóa h c c a các v t li u ñ u có m t gi i h n v kích thư c. N u v t li u mà nh hơn kích thư c này thì tính ch t c a nó hoàn toàn b thay ñ i. Kích th c t i h n Tính ch t ð dài t i h n (nm) Lĩnh v c Bư c sóng ñi n t 10-100 Quãng ñư ng t do trung bình Tính ch t ñi n 1-100 không ñàn h i Hi u ng ñư ng ng m 1-10 ð dày vách ñômen 10-100 Tính ch t t Quãng ñư ng tán x spin 1-100 H lư ng t 1-100 Tính ch t quang ð dài suy gi m 10-100 ð sâu b m t kim lo i 10-100 ð dài liên k t c p Cooper 0,1-100 Tính siêu d n ð th m th u Meisner 1-100 Tương tác b t ñ nh x 1-1000 Biên h t 1-10 Tính ch t cơ Bán kính kh i ñ ng ñ t v 1-100 Sai h ng m m 0,1-10 Nhi t ñ nóng ch y ~ năng lư ng liên k t => T nc gi m khi xu ng kích thư c nanô ð nhăn b m t 1-10 26 28
Ví d : hi u ng b m t Kính thông minh Hình d ng gi t nư c ph thu c vào 3 thành ph n l c liên k t: b m t ti p xúc, không khí và phân t nư c bên trong. Kính thư ng Kính t làm s ch TiO2 Ch ng ư t hoàn toàn Ch ng ư t t t Ch ng ư t kém T làm s ch b ng “hi u ng lá sen” 29 31 Ví d : hi u ng b m t và ng d ng Kính sinh thái t làm s ch Ph l p m ng nanô TiO2 (~15 nm) lên kính có tác d ng: -H p th b c x t ngo i c a m t tr i t o ra hi u ng xúc tác quang hóa, phân h y T nhiên ch t b n trên kính - L p x p nanô ch ng ư t và khi nư c rơi xu ng b m t kinh, các gi t nư c hút nhau, hình thành nên m t màn nư c s r a trôi ch t b n Liên k t v i b m t m nh Liên k t v i b m t y u Sơn t làm s ch ng d ng: Kính t làm s ch (sơn nanô), v i t 30 làm s ch… 32