bài tiểu luận đề tài vật liệu nano bước đối ngoạn mục và ứng dụng trong kỹ thuật hiện nay

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ
KHOA VẬT LÝ-ENIVL
BÀI TIỂU LUẬN
Đề tài:
VẬT LIỆU NANO-BƯỚC ĐỔI NGOẠN MỤC VÀ ỨNG
DỤNG TRONG KỸ THUẬT HIỆN NAY
Giáo viên hướng dẫn: Hồ Nhật Phong
Sinh viên thực hiện : Lê Xuân Dũng
Lớp : Val de Loire 1 K4
Huế. 6/2013
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Khái quát chung về lĩnh vực nghiên cứu.
Vài năm gần đây, công nghệ nano được đề cập thường xuyên trên các
phương tiện truyền thông đại chúng, đem lại hứa hẹn và tiềm năng
phát triển mới của nhân loại. Ngành công nghệ này cũng mang tới cho
con người một nguồn tri thức vô cùng phong phú, cho ra đời nhiều sản
phẩm quan trọng với chất lượng tốt hơn, giá thành rẻ hơn trước nhiều
lần như dược phẩm, mỹ phẩm, hóa chất, tơ sợi, con chip vi tính, màn
hình, máy bán dẫn, dụng cụ y tế,… Hiện nay, nhiều nước trên thế giới
đang tăng tốc trong cuộc chạy đua phát triển và ứng dụng công nghệ
nano.
Ắt hẳn trong chúng ta, ai cũng nghe đến từ nano, và cũng hiểu được
rằng khoa học-công nghệ nano là ngành khoa học công nghệ nghiên
cứu đặc tính của những vật liệu cực nhỏ, để thao tác ghép chồng các
vật này lại, tạo ra những vật thể lớn hơn. Người ta gọi đây là phương
pháp “từ dưới lên”, xây dựng từ vật nhỏ đến vật to và to hơn nữa.
Công nghệ nano là công nghệ xử lý vật chất ở mức nanomet, liên quan
đến chế tạo vật liệu, chế tạo linh kiện, điều khiển, làm giảm kích thước
linh kiện nhằm tăng độ chính xác của linh kiện, tính đa năng của sản
phẩm.
Chữ nano trong tiếng Hy Lạp đứng trước các đơn vị đo chuyên tạo ra

đơn vị ước giảm đi 1 tỉ lần. Còn trong tiếng La-tinh có nghĩa là nhỏ bé.
Hiện nay, bảo tàng Anh đang lưu giữ một cổ vật rất có giá trị “chiếc
cốc của Lycurgue”. Trong cốc có nhiều hạt vàng và bạc vô cùng nhỏ
được pha chế cùng thủy tinh. Khi chiếu ánh sáng vào, màu sắc liền
thay đổi, chuyển từ đỏ thẩm sang vàng óng. Từ những kết quả đó, có
thể khẳng định công nghệ nano đã được người cổ đại khám phá từ rất
lâu. Năm 1959, giáo sư vật lý người Mỹ Richard Feynman thuộc Viện
Kỹ thuật Massatchusets đề ra một thuyết táo bạo: “Thay vì phân chia
vật chất, tại sao chúng ta không đi từ cái vô cùng nhỏ?”
Với tiềm năng phát triển lớn, công nghệ nano hứa hẹn sẽ là một bước
đổi ngoạn mục, làm thay đổi bộ mặt xã hội. Với tính năng vượt trội,
các sản phẩm ứng dụng cộng nghệ nano đang mang lại rất nhiều điều
kì diệu cho cuộc sống con người. Một ví dụ đơn giản, người ta có thể
nhồi 27 cuốn từ điển bách khoa toàn thư vào một thiết bị có kích thước
bằng sợi tóc. Đặc biệt, người ta còn chết tạo được những con robot mà
mắt thường không thể nhìn thấy được để chữa bệnh cho con người.
2. Phạm vi đề tài:
Trong đề tài này sẽ giới thiệu cho các bạn về các vấn đề liên quan đến
vật liệu nano:
• Giới thiệu vật liệu nano (đặc điểm, tính chất)
• Phương pháp chế tạo
• Ứng dụng trong thực tế và kĩ thuật
Trong khuôn khổ nghiên cứu tài liệu trên Internet, sách vở, tạp chí, và
tham khảo ý kiến của các thầy giáo về lĩnh vực vật liệu nano.
3. Mục đích:
Qua một số giới thiệu trên đây chúng ta không thể phủ nhận và phớt lờ
đi những đặc tính kì diệu của vật liệu nano mang lại. Vậy “tại sao
chúng ta-những con người trong thời đại mới-thời đại khoa học
công nghệ, không tìm hiểu về một loại vật liệu nhỏ nhưng có võ-vật
liệu nano?”. Tôi còn cho rằng dây là: “VUA CỦA MỌI LOẠI VẬT

LIỆU”. Đây cũng chính là lý do tôi chọn đề tại này nhằm giới thiệu
cho các bạn một cách tổng quan về vật liệu nano, tạo hứng thú trong
học tập và nghiên cứu các loại vật liệu. Trong quá trình nghiên cứu và
soạn thảo ắt hẳn không tránh khỏi những sai sót, mong quý bạn đọc
thông cảm và góp ý.
II. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1. Vai trò và vị trí của đề tài
Nano là một loại vật liệu vô cùng quan trọng và có nhiều lợi ích, vì
vậy học tập và nghiên cứu loại vật liệu này rất cần thiết và có thể
nói đây là một lĩnh vực có tầm cỡ quốc gia, và nâng tầm quốc tế.
Các quốc gia như Mỹ, các nước ở Tây Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc,
Trung Quốc,… đều coi công nghệ nano là lĩnh vực ưu tiên hàng
đầu của mình. Đến giờ, khoa học công nghệ nano phát triển rất
rộng lớn. So với các loại vật liệu truyền thống khác thì nano là loại
vật liệu mới, nhưng lại được quan tâm, chú trọng phát triển, và các
quốc gia đã đầu tư hàng tỉ đô la cho nghiên cứu và phát triển loại
vật liệu này. Như vậy chúng ta có thể thấy được nano đóng một vai
trò lớn lao và có vị trí đặc biệt đối với mỗi quốc gia nói riêng và
toàn thế giới nói chung.
Hiện nay, số sản phẩm ứng dụng kỹ thuật nano đang tiêu thụ trên
toàn cầu lên tới 600 loại, trong đó có những sản phẩm mà con
người đang sử dụng hằng ngày. Đó là như ống nano carbon (rắn
gấp 100 lần, song nhẹ hơn 6 lần so với thép) trong các vợt tennis,
khung xe đạp, sơn tường, kem chống nắng, máy nghe nhạc ipod,
sơn ôtô hoặc các ống thông y học,… Chỉ riêng năm 2008, doanh
thu của các sản phẩm công nghệ nano trên toàn thế giới lên tới
166,6 tỉ USD. Điều này cho thấy, thị trường nano tăng trưởng với
một tốc độ rất nhanh và nó dường như đang sống cùng với con
người, trở nên một thành phần không thể thiếu.
2. Tình hình nghiên cứu chung từ trước đến nay

Hiện nay, nhiều nước trên thế giới đang dốc sức nghiên cứu công
nghệ nano, bằng nhiều con đường và mục đích khác nhau. Theo
thống kê, Mỹ đã chi 3,7 tỉ USD cho việc phát triển công nghệ nano,
Nhật Bản cũng đã chi hơn 3 tỉ USD, cộng đồng châu Âu chi khoảng
2,7 tỉ USD và tăng lên 7,5 tỉ trong khoảng thời gian từ 2007 đến
2013.
Mỹ-“đầu tàu” nghiên cứu công nghệ nano, là một quốc gia đã có
vị trí độc tôn trong lĩnh vực công nghệ thông tin, công nghệ sinh
học, như một lẽ tất nhiên, Mỹ không ngần ngại thể hiện tham vọng
giữ vai trò thủ lĩnh, đồng thời khẳng định vị trí của mình trong cuộc
đua ráo riết công nghệ nano. Năm 2003, Mỹ đã chi 710 triệu USD
để nâng cấp nghiên cứu công nghệ này. Một số nhà khoa học Mỹ
lạc quan cho rằng, đến trước 2020 con đường đi lại giữa trái đất và
ssao hỏa sẽ được hình thành, với chỉ một trạm dừng mặt trăng, đặc
biệt thời gian đi lại chỉ 5 giờ. Do đó, muốn thực hiện được điều này,
cần phải sản xuất ra các vật chất nano có khả năng xây dựng được
các trạm và hành lang. Tuy nhiên với quân sự vẫn là mục tiêu số 1,
nghiên cứu sản xuất ra các loại vải đặc biệt, giúp các binh đoàn hóa
học thoát khỏi hơi độc của đối phương.
Liên minh châu Âu-đối thủ số 1 của Mỹ, sau Mỹ, một số nước ở
châu Âu cũng đang rất tích cực nghiên cứu và đề ra nhiều chương
trình hợp tác chiến lược, xây dựng mạng lưới thông tin để chia sẽ
tài nguyên và kinh nghiệm trong việc khai thác các ứng dụng công
nghệ nano. Mặc dù chưa có các bước tiến rõ rệt trên đường đua
công nghệ nano nhưng liên minh châu Âu là một đối thủ tầm cỡ của
Mỹ trong lĩnh vực này.
Châu Á với cuộc chinh phục nano: sức hút của công nghệ nano
đã lôi kéo nhiều nước châu Á, bao gồm: Nhật Bản, Trung Quốc, Ấn
Độ, Hàn Quốc và Israel vào cuộc. Tại đất nước mặt trời mọc, các
chuyên gia quan tâm đến các dự án đầu tư phục vụ cho nhu cầu xã

hội. Tuy nhiên, Chính phủ nước này đã vạch ra chiến lược phát
triển công nghệ nano, với sự góp mặt của nhiều bộ ngành khác
nhau. Năm 2003, Nhật đầu tư 1,6 tỉ USD và dẫn đầu thế giới về số
vốn đầu tư. Tiếp đến là Trung Quốc-một nền kinh tế mới nổi, đã
không bỏ qua cơ hội phát triển dựa trên tiềm năng của ngành công
nghệ nano này. Thời gian qua, Trung Quốc đã thành lập các trung
tâm nghiên cứu quốc gia, cùng các chương trình đào tạo có hệ
thống và bài bản. Tuy số vốn đầu tư chỉ bằng một nữa Mỹ nhưng số
lượng nhà nghiên cứu lại gấp đôi Mỹ. Hàn Quốc cũng là một trong
nhưng quốc gia có nhiều thành công trong việc ứng dụng công
nghên nano vào các lĩnh vực của đời sống xã hội. Một trong những
thành công đó là ứng dụng công nghệ nano vào sản phẩm tiêu
dùng. Các tập đoàn công nghệ Hàn Quốc cũng là một trong những
tập đoàn công nghệ nước ngoài đi tiên phong trong việc truyền bá
tư tưởng và công nghệ nano vào thị trường Việt Nam. Với các sản
phẩm như điều hòa, tủ lạnh, sản phẩm cho trẻ em… ứng dụng công
nghệ nano. Ngoài ra, một quốc gia khác phải nói đến là Isreal. Mặc
dù chịu nhiều sức ép chính trị và quân sự, quốc gia này cũng chú
trọng nghiên cứu công nghệ nano. Vấn đề quan trọng nhất của quốc
gia này là giải quyết các vấn đề cấp thiết của đất nước như nước và
năng lượng. Nếu như các quốc gia như Mỹ, liên minh châu Âu,
Nhật Bản, Trung Quốc có tham vọng làm chủ công nghệ nano, thì
Israel lại lợi dụng công nghệ nano để giải quyết các vấn đề sinh tồn
của đất nước.
Đối với Việt Nam, tháng 7-1997 giáo sư Nguyễn Văn Hiệu kêu gọi
các nhà vật lý Việt Nam cần phải đi ngay vào lĩnh vực mới nhất này
của khoa học thế giới và một năm sau bắt đầu có những nhà vật lý
hàng đầu của Việt Nam nghiên cứu vật lý nano. Tuy nhiên, vật lý
nano chỉ ứng dụng trực tiếp cho các thiết bị công nghệ rất cao, nên
khi nước mình chưa có những nhà máy sản xuất những thiết bị này

thì chưa ứng dụng vào đâu được. Do đó trong thời gian đầu, công
nghệ nano chưa được chú ý lắm. Đến năm 2005, khi thành lập đại
học công nghệ Hà Nội, ban lãnh đạo Đại học Quốc gia Hà Nội đã
quyết định thành lập Khoa vật lý kĩ thuật và công nghệ nano. Bởi vì
nếu lập Khoa công nghệ nano thì sinh viên ra trường chưa có việc
làm nên công nghệ nano phải đồng hành với kĩ thuật. Hiện nay,
khoa này phát triển rất tốt, có phòng thí nghiệm, dù thành lập sau
cùng nhưng về trình độ, hiện đại là nhất ở khu vực Hà Nội, và cũng
có thể nói là nhất cả nước. Ở nước ta, nói về nano thì lĩnh vực vật
lý đã tiên phong, và đang mở rộng ra các lĩnh vực khác như hóa học
nano, công nghệ sinh học nano, y học nano… Ta đã ứng dụng rộng
rãi các hạt nano bạc để diệt khuẩn, chữa bỏng, chữa vết thương,
khử trùng. Ngành y tế sẽ sử dụng công nghệ nano để vô trùng, chỉ
cần quét một lớp sơn nano bạc, vi khuẩn chạm vào sẽ chết hết, điều
này dễ dàng hơn nhiều so với công việc truyền thống là phải lau
chùi và dùng foormon. Như vậy, các nhà khoa học trong nước đã có
những nghiên cứu và biết chú trọng đến lĩnh vực quan trọng này, để
không bị lạc hậu, không bị tách xa bởi các nước phát triển.
3. Tính thực tiễn và cấp thiết của đề tài
Với những đặc tính mà không vật liệu nào có được, vật liệu nano đã
chiếm ưu thế và lòng tin của con người. Trong tất cả các lĩnh vực,
hầu như đều có ứng dụng công nghệ nano, không ít thì nhiều.
Không nói đến các lĩnh vực cao siêu của các nhà khoa học, ngay
trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, dường như nano làm cho
cuộc sống thêm đẹp hơn, thoải mái hơn và dễ dàng hơn. Một ví dụ
đơn giản: đất nước ta có hơn 80 triệu dân, bây giờ tất cả những
chuyện băng gạc, sát trùng mình cải tiến rất nhẹ nhàng. Bị thương,
bị bỏng, chỉ cần mua băng gạc dán vào, không cần thuốc thang gì
cả, tự nó khỏi. Cái đó quá hay, quá thiết thực. Ta có thị trường trong
nước, tiêu thụ rất nhiều. Nếu bỏ USD ra mua gạc, tốn kém bao

nhiêu, chưa nói đến việc làm ra sản phẩm đó còn tạo ra công ăn
việc làm, nâng cao trình độ nghiên cứu khoa học công nghệ trong
nước. Như vậy vật liệu nano thật quá thiết thực, quá thực tiễn
còn gì?
Thêm một ví dụ nữa là: với thuốc trừ sâu, bây giờ mình làm thế nào
phát hiện ra dư lượng của nó trên sản phẩm nông nghiệp, và cả
thuốc tăng trọng, con người ăn vào sẽ bị bèo phì. Cái này công
nghệ nano cho phép làm được. Như vậy chả phải công nghệ nano
quá kì diệu hay sao?
Khi nhắc đến nano, ắt hẳn chúng ta đều nghĩ đến những cái cao
siêu, nhưng thực sự chúng rất gần gũi với chúng ta. Một diều chúng
ta không ngờ đến nữa là: “công nghệ nano phục vụ cho người
nghèo”. Việc ứng dụng công nghệ nano sẽ đem lại lợi ích cho
người dân nghèo như chẩn đoán và điều trị bệnh, làm sạch nước,
khử muối, sản xuất năng lượng bền vững. Công nghệ nano còn tác
động tốt đến an ninh lương thực, như tăng sản lượng hoa màu, giúp
thực phẩm được bảo quản lâu hơn… Ở những nước, nơi mà tình
trạng thiếu vệ sinh và nước sạch là nguyên nhân gây ra các dịch
bệnh chết người, công nghệ nano có thể tìm ra một vài giải pháp.
Hiện nay, đã có một số cách lọc nước loại bỏ hữu hiệu các tạp chất,
rất dễ sử dụng và có thể được sản xuất tại chổ. Những cách lọc
nước này có thể sẽ hữu hiệu hơn và rẽ hơn nếu bổ sung các màng
hay phân tử nano.
III. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
1. Khái niệm chung và đặc điểm
Vật liệu nano là gì?
Vật liệu nano là vật liệu có ít nhất một chiều kích thước Nanomet.
Nó là đối tượng nghiên cứu của khoa học và công nghệ nano. Khi
người ta nói đến nano, tức là nói đến một phần tỉ của cái gì đó. Ví
dụ, một nano giây tức là 1/1.000.000.000 giây.

Mục đích của công nghệ nano:
Mục đích của công nghệ nano là xây dựng một cấu trúc nhỏ bé nhất
từ những nguyên liệu cơ bản trong bảng tuần hoàn hóa học và như
vậy có thể chế tạo ra những vật liệu, nguyên liệu với các đặc tính
mới.
Công nghệ nano tìm cách lấy phân tử đơn nguyên tử nhỏ để lắp ráp
ra những vật to kích cỡ bình thường để sử dụng, đây là cách làm từ
nhỏ đến lớn khác với cách làm thông thường từ trên xuống dưới, từ
to đến nhỏ.
Công nghệ nano đã mở ra một kỷ nguyên mới trong lĩnh vực khoa
học kỹ thuật, đặc tính của nguyên liệu hoàn toàn thay đổi khi dùng
nano để xử lý.
Với sự phát triển như hiện nay, các nhà khoa học cho rằng, trong
tương lai không xa, con người sẽ chế tạo ra những chiếc máy nano
thông minh có khả năng mô phỏng thiên nhiên, lắp ghép các
nguyên tử, phân tử và lập trình để chúng thực hiện theo những chức
năng cần thiết, tạo ra những thứ có ích hoặc tiêu diệt những chất có
hại.
Phân loại vật liệu nano:
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), ví dụ, đám nano, hạt nano
• Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó một chiều có
kích thước nano, ví dụ, dây nano, ống nano,
• Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích
thước nano, 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.
2. Cấu tạo và tính chất
Cấu tạo và tính chất của vật liệu nano đều bắt nguồn từ cơ sở
khoa học của nó.
Có ba cơ sở khoa học để nghiên cứu công nghệ nano.
• Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử
Đối với vật liệu vĩ mô gồm rất nhiều nguyên tử, các hiệu ứng
lượng tử được trung bình hóa với rất nhiều nguyên tử (1 μm3
có khoảng 1012 nguyên tử) và có thể bỏ qua các thăng giáng
ngẫu nhiên. Nhưng các cấu trúc nano có ít nguyên tử hơn
thì các tính chất lượng tử thể hiện rõ ràng hơn. Ví dụ một
chấm lượng tử có thể được coi như một đại nguyên tử, nó có
các mức năng lượng giống như một nguyên tử.
• Hiệu ứng bề mặt
Khi vật liệu có kích thước nm, các số nguyên tử nằm
trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử.
Chính vì vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt, gọi tắt là
hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của
vật liệu có kích thước nanomet khác biệt so với vật liệu ở
dạng khối.
• Kích thước tới hạn
Các tính chất vật lý, hóa Các tính chất vật lý, hóa học của các
vật liệu đều có một giới hạn về kích thước. Nếu vật liệu mà
nhỏ hơn kích thước này thì tính chất của nó hoàn toàn
bị thay đổi. Người ta gọi đó là kích thước tới hạn. Vật
liệu nano có tính chất đặc biệt là do kích thước của nó có
thể so sánh được với kích thước tới hạn của các tính chất của
vật liệu. Ví dụ: điện trở của một kim loại tuân theo định
luật Ohm ở kích thước vĩ mô mà ta thấy hàng ngày. Nếu

ta giảm kích thước của vật liệu xuống nhỏ hơn quãng đường
tự do trung bình của điện tử trong kim loại, mà thường có giá
trị từ vài đến vài trăm nm, thì định luật Ohm không còn đúng
nữa. Lúc đó điện trở của vật có kích thước nano sẽ tuân theo
các quy tắc lượng tử. Không phải bất cứ vật liệu nào có kích
thước nano đều có tính chất khác biệt mà nó phụ thuộc
vào tính chất mà nó được nghiên cứu. Các tính chất
khác như tính chất điện, tính chất từ, tính chất quang và các
tính chất hóa học khác đều có độ dài tới hạn trong khoảng
nm.
3. Phương pháp chế tạo vật liệu nano
Vật liệu nano được chế tạo bằng hai phương pháp: phương pháp từ
trên xuống và phương pháp từ dưới lên. Phương pháp từ trên xuống
là phương pháp tạo hạt kích thước nano từ các hạt có kích thước
lớn hơn; phương pháp từ dưới lên là phương pháp hình thành hạt
nano từ các nguyên tử.
Phương pháp từ trên xuống
Nguyên lý: dùng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến vật liệu có
kích thước lớn về kích thước nano. Đây là các phương pháp đơn
giản, rẻ tiền nhưng rất hiệu quả, có thể chế tạo được một lượng lớn
vật liệu nhưng tính đồng nhất của vật liệu không cao. Trong phương
pháp nghiền, vật liệu ở dạng bột được trộn lẫn với những viên bi
được làm từ các vật liệu rất cứng và đặt trong một cái cối. Máy
nghiền có thể là nghiền lắc, nghiền rung hoặc nghiền quay (còn gọi
là nghiền kiểu hành tinh). Các viên bi cứng va chạm vào nhau và
phá vỡ bột đến kích thước nano. Kết quả thu được là vật liệu nano
không chiều (các hạt nano). Phương pháp biến dạng có thể là đùn
thủy lực, tuốt, cán, ép. Nhiệt độ có thể được điều chỉnh tùy thuộc
vào từng trường hợp cụ thể. Nếu nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ phòng
thì được gọi là biến dạng nóng, còn nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ

phòng thì được gọi là biến dạng nguội. Kết quả thu được là các vật
liệu nano một chiều (dây nano) hoặc hai chiều (lớp có chiều dày
nm). Ngoài ra, hiện nay người ta thường dùng các phương pháp
quang khắc để tạo ra các cấu trúc nano phức tạp.
Phương pháp từ dưới lên
Nguyên lý: hình thành vật liệu nano từ các nguyên tử hoặc ion.
Phương pháp từ dưới lên được phát triển rất mạnh mẽ vì tính linh
động và chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Phần lớn các vật liệu
nano mà chúng ta dùng hiện nay được chế tạo từ phương pháp này.
Phương pháp từ dưới lên có thể là phương pháp vật lý, hóa học
hoặc kết hợp cả hai phương pháp hóa-lý.
Phương pháp vật lý: là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử
hoặc chuyển pha. Nguyên tử để hình thành vật liệu nano được tạo
ra từ phương pháp vật lý: bốc bay nhiệt (đốt, phún xạ, phóng điện
hồ quang). Phương pháp chuyển pha: vật liệu được nung nóng rồi
cho nguội với tốc độ nhanh để thu được trạng thái vô định hình, xử
lý nhiệt để xảy ra chuyển pha vô định hình - tinh thể (kết tinh)
(phương pháp nguội nhanh). Phương pháp vật lý thường được dùng
để tạo các hạt nano, màng nano, ví dụ: ổ cứng máy tính.
Phương pháp hóa học: là phương pháp tạo vật liệu nano từ các ion.
Phương pháp hóa học có đặc điểm là rất đa dạng vì tùy thuộc vào
vật liệu cụ thể mà người ta phải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù
hợp. Tuy nhiên, chúng ta vẫn có thể phân loại các phương pháp hóa
học thành hai loại: hình thành vật liệu nano từ pha lỏng (phương
pháp kết tủa, sol-gel, ) và từ pha khí (nhiệt phân, ). Phương pháp
này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột
nano,
Phương pháp kết hợp: là phương pháp tạo vật liệu nano dựa trên
các nguyên tắc vật lý và hóa học như: điện phân, ngưng tụ từ pha
khí, Phương pháp này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống

nano, màng nano, bột nano,
Ta cũng có thể chia phương pháp chế tạo vật liệu nano theo một
cách khác sau đây: Các vật liệu nano có thể thu được bằng bốn
phương pháp phổ biến, mỗi phương pháp đều có những điểm mạnh
và điểm yếu, một số phương pháp chỉ có thể được áp dụng với một
số vật liệu nhất định mà thôi.
• Phương pháp hóa ướt (wet chemical)
Bao gồm các phương pháp chế tạo vật liệu dùng trong hóa
keo (colloidal chemistry), phương pháp thủy nhiệt, sol-gel,
và kết tủa. Theo phương pháp này, các dung dịch chứa ion
khác nhau được trộn với nhau theo một tỷ phần thích hợp,
dưới tác động của nhiệt độ, áp suất mà các vật liệu nano
được kết tủa từ dung dịch. Sau các quá trình lọc, sấy khô, ta
thu được các vật liệu nano.
Ưu điểm của phương pháp hóa ướt là các vật liệu có thể chế
tạo được rất đa dạng, chúng có thể là vật liệu vô cơ, hữu cơ,
kim loại. Đặc điểm của phương pháp này là rẻ tiền và có thể
chế tạo được một khối lượng lớn vật liệu. Nhưng nó cũng có
nhược điểm là các hợp chất có liên kết với phân tử nước có
thể là một khó khăn, phương pháp sol-gel thì không có hiệu
suất cao.
• Phương pháp cơ học (mechanical)
Bao gồm các phương pháp tán, nghiền, hợp kim cơ học.
Theo phương pháp này, vật liệu ở dạng bột được nghiền đến
kích thước nhỏ hơn. Ngày nay, các máy nghiền thường dùng
là máy nghiền kiểu hành tinh hay máy nghiền quay. Phương
pháp cơ học có ưu điểm là đơn giản, dụng cụ chế tạo không
đắt tiền và có thể chế tạo với một lượng lớn vật liệu. Tuy
nhiên nó lại có nhược điểm là các hạt bị kết tụ với nhau, phân
bố kích thước hạt không đồng nhất, dễ bị nhiễm bẩn từ các

dụng cụ chế tạo và thường khó có thể đạt được hạt có kích
thước nhỏ. Phương pháp này thường được dùng để tạo vật
liệu không phải là hữu cơ như là kim loại.
• Phương pháp bốc bay
Gồm các phương pháp quang khắc (lithography), bốc bay
trong chân không (vacuum deposition) vật lí, hóa học. Các
phương pháp này áp dụng hiệu quả để chế tạo màng mỏng
hoặc lớp bao phủ bề mặt tuy vậy người ta cũng có thể dùng
nó để chế tạo hạt nano bằng cách cạo vật liệu từ đế. Tuy
nhiên phương pháp này không hiệu quả lắm để có thể chế tạo
ở quy mô thương mại.
• Phương pháp hình thành từ pha khí (gas-phase)
Gồm các phương pháp nhiệt phân (flame pyrolysis), nổ điện
(electro-explosion), đốt laser (laser ablation), bốc bay nhiệt
độ cao, plasma. Nguyên tắc của các phương pháp này là hình
thành vật liệu nano từ pha khí. Nhiệt phân là phương pháp có
từ rất lâu, được dùng để tạo các vật liệu đơn giản như carbon,
silicon. Phương pháp đốt laser thì có thể tạo được nhiều loại
vật liệu nhưng lại chỉ giới hạn trong phòng thí nghiệm vì hiệu
suất của chúng thấp. Phương pháp plasma một chiều và xoay
chiều có thể dùng để tạo rất nhiều vật liệu khác nhau nhưng
lại không thích hợp để tạo vật liệu hữu cơ vì nhiệt độ của nó
có thể đến 9000 C.
Phương pháp hình thành từ pha khí dùng chủ yếu để tạo lồng
carbon (fullerene) hoặc ống carbon, rất nhiều các công ty
dùng phương pháp này để chế tạo mang tính thương mại.
4. Lĩnh vực và khả năng ứng dụng, triển khai trong đời sống hay
kỹ thuật.
“Trợ thủ” đắc lực cho công nghiệp thực phẩm
Thực phẩm là mặt hàng đặc biệt, bởi nó liên quan mật thiết đến đời

sống con người, vì thế việc ứng dụng công nghệ nano trong ngành
công nghiệp sao cho an toàn đã trở thành vấn đè được các quốc gia
đi đầu trong lĩnh vực công nghệ nano hết sức quan tâm.
Việc ứng dụng công nghệ nano trong thực phẩm bao gồm cả các
ứng dụng của công nghệ nano trong trồng trọt, chăn nuôi, đóng gói,
bao bì chứa thực phẩm, làm ra thực phẩm trong đó có hạt nano
chứa các chất dinh dưỡng quan trọng đã được thế giới biết đến từ
hơn 1 thập kỷ qua. Trong những năm từ 2003 đến 2010, thị trường
nano thực phẩm thế giới đã tăng mạnh mẽ từ 2,6 tỉ USD năm 2003
lên 7 tỉ USD năm 2006 và khoảng 20,4 tỉ USD năm 2010. Hiện trên
toàn thế giới có hơn 200 công ty lớn chuyên về nano thực phẩm,
đứng đầu là Mỹ, sau đó là Nhật và Trung Quốc.
Tại Việt Nam, 2011 được coi là năm công nghệ nano trong thực
phẩm được thương mại hóa rộng rãi nhất từ trước tới nay. Hội thảo
Khoa học “Ứng dụng Công nghệ Nano trong sản xuất thực phẩm
tại Việt Nam” được tổ chức hồi cuối năm 2011 đã giới thiệu sự
thành công của các nhà khoa học Việt Nam trong việc nghiên cứu
và ứng dụng công nghệ Nano để tạo ra các dòng sản phẩm thực
phẩm có lợi có sức khỏe cộng đồng.
Điện tử và cơ khí: Máy tính và bóng đèn nano
Nhiều phòng thí nghiệm đang bắt tay vào nghiên cứu thế hệ máy
tính nano, máy tính có các chi tiết được thiết kế bằng việc sắp xếp
những nguyên tử mới có khả năng lưu giữ ( chứa được nhiều
terabyte thông tin ), xử lý thông tin với tốc độ lớn hơn hiện nay rất
nhiều lần và đặc biệt là giá thành rẻ.
Các ống nano cũng có thể làm sợi tóc thắp sáng bóng đèn, do vậy
mà chúng đang được phát triển để thay thế các bóng điện, các bảng
hiển thị thông tin, màn hình máy tính, điện thoại di động.
Các ống nano cũng cực kỳ vững chắc, có sức mạnh gấp mười lần
thép và đặc biệt là kháng nhiệt, điều này có thể giúp con người sản

xuất ra hàng loạt thiết bị cho ngành sản xuất xe hơi, máy bay và tàu
vũ trụ.
Trong y học: Robot nano đi vào cơ thể để chữa bệnh
Các nhà khoa học về lĩnh vực nano đang hi vọng tạo ra một thế hệ
robot thu nhỏ mà có thể chinh phục được mọi thách thức của cuộc
sống. Robot nano có thể dùng để chiến đấu chống virus, vi trùng.
Chúng có thể đảm nhiệm là một nhà phẫu thuật hoàn hảo, được huy
động để thực hiện kiểm soát hệ mao mạch và tiêu diệt các tế bào
gây bệnh. Lợi ích chính của loại robot trong y học này là có thể
phát hiện những dị dạng của tế bào và sửa chữa nó. Tuy nhiên, các
nhà khoa học dự tính con người phải mất 25 năm nữa mới có thể
triển khai những ứng dụng này.
Các nhà khoa học Mỹ cũng đang chế tạo ra các phòng thí nghiệm
siêu nhỏ mà có thể nằm gọn trong lòng bàn tay nhờ công nghệ
nano. Những phòng thí nghiệm này có thể cho ngay những kết quả
phân tích ở mọi bệnh tật, từ tiểu đường cho tới HIV.
Trong công nghệ dược phẩm và hóa sinh, ứng dụng công nghệ
nano, người ta có thể bào chế ra nhiều loại thuốc trên cơ sở cấu trúc
nano để có thể tập trung chính xác vào khu vực cơ thể cần dùng đến
thuốc.
Đặc biệt, công nghệ nano trong tương lai còn có thể cho phép tạo ra
những vật chất gần giống với cơ thể con người nhằm dùng thay thế
những cơ thể bị hỏng của con người.
Năng lượng: Pin nano-năng lượng sạch và rẻ
Nhờ công nghệ nano, những loại pin mới có khả năng quang hợp
nhân tạo sẽ giúp con người sản xuất năng lượng sạch. Với công
nghệ nano, người ta cũng có thể chế tạo ra những thiết bị ít tiêu tốn
năng lượng hơn do sử dụng những loại vật liệu nhỏ nhẹ hơn.
Hơn nữa, các màng nano (với chi phí sản xuất rất thấp) hứa hẹn có
thể hấp thụ được nhiều năng lượng mặt trời hơn quang điện hiện

nay. Việc này có thể khởi động cho một cuộc cách mạng trong việc
sử dụng năng lượng mặt trời.
Môi trường: Màng nano lọc nước thải
Để giải quyết những vấn đề môi sinh, người ta có thể tạo ra những
màng lọc các phân tử gây ô nhiễm nhỏ bé nhất.
Công nghệ nano này giờ đây đang được áp dụng khá phổ biến ở
Pháp để lọc nước thải. Những ứng dụng gần hơn với đời sống
thường ngày là hiện nay một số công ty đã bắt tay vào sản xuất hạt
nano dùng trong sơn, kính che nắng và ống carbon dùng trong công
nghiệp điện tử.Các ống carbon này có thể sử dụng trong nhiều mặt
hàng thông dụng như transitor, điện thoại di động, xe hơi và cả
những mặt hàng mỹ phẩm.
Quốc phòng: Quân đội nano
Quốc phòng cũng là một lĩnh vực đang rất chú ý đến nghiên cứu
công nghệ nano.Giới quân sự Mỹ giờ đây đặc biệt quan tâm đến
công nghệ này. Điều dễ hiểu là những thiết bị kỹ thuật siêu nhỏ có
thể trở thành vũ khí nguy hiểm hơn cả bom nguyên tử. Với một đội
quân vô hình và sự nhân bản, robot siêu nhỏ có thể tiêu diệt kẻ thù
chỉ trong chớp nhoáng.Hiện nay, công nghệ nano đang là một thách
thức đối với chiến lược phát triển khoa học ở nhiều nước, đặc biệt
là những nước có nền khoa học phát triển như Mỹ, Đức, Pháp và
Nhật Bản. Bước vào thế kỷ 21, các quốc gia phát triển đã tăng ngân
sách đáng kể cho phát triển công nghệ nano.
IV. KẾT LUẬN
1. Thực trạng và ưu nhược điểm
a. Thực trạng và ưu điểm
Như đã trình bày về những ứng dụng của vật liệu nano, chúng ta
thấy rằng, hiện nay công nghệ nano đã đi vào hầu hết các lĩnh
vực, và có những tính chất tốt, những tính chất mà tôi phải dùng
một từ là ĐẸP, nó đã đi sâu vào cuộc sống của chúng ta, và

được nhiều người ưa chuộng.
Nó mang những ưu điểm tốt hơn nhiều so với các loại vật liệu
khác. Tùy theo mục đích của sản phẩm muốn chế tạo mà nó có
những tính chất phù hợp với sản phẩm đó. Ví như nếu nhúng
vào nước ngay cả một chiếc áo mưa tốt nhất thì hai tháng sau
cũng bị ngấm nước. Nhưng chất liệu chống nước mới của các
nhà hóa học Thụy Sĩ trải qua hai tháng thử nghiệm vẫn nguyên
vẹn như khi nó mới được ngấm nước ngày đầu tiên. Một ví dụ
thưc tế nữa là: ông Martha Parks, chủ cửa hàng thời trang cao
cấp Soho cho nữ giới, New York, nói: “Tôi từng là một người
sung bái tuyệt đối các loại vãi lụa, vãi lanh, vãi cotton, len và
cashmere, tôi từng cho rằng đó là những gì tốt nhất con người có
thể có, và giờ thì điều đó không còn đúng nữa”. Ông cho rằng,
chất liệu tổng hợp tạo ra nhiều lựa chọn cho các kiểu dáng thiết
kế mới hơn là những chất liệu sợi truyền thống. Hiện nay thời
trang nano đang là xu hướng thời thượng.
Như vậy, qua những ví dụ trên ta cũng thấy được nó có rất nhiều
ưu điểm, chính điều này làm cho nó trở nên được chú ý và đáng
để chúng ta quan tâm đến.
b. Nhược điểm
Tranh cãi về vi khuẩn nano
Gần đây, các nhà khoa học đã phát hiện ra bằng chứng mới về vi
khuẩn tí hon hay vi khuẩn nano, những lại vi khuẩn này thực sự tồn
tại và có thể gây ra nhiều bệnh nan y cho con người.
Song, trong giới khoa học vẫn còn nhiều tranh cãi về việc liệu có sự
tồn tại của vi khuẩn nano? Một số chuyên gia cho rằng, vi khuẩn
nano là một dạng sống mới, gây nhiều căn bệnh như vôi hóa động
mạch ở người cao tuổi. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu khác lại cho
rằng, những loại vi khuẩn này quá nhỏ nên không thể coi là sinh vật
sống. Cuối cùng, sạu 4 năm nghiên cứu, các bác sĩ tại bệnh viện

Mayo, Rochester đã đưa ra bằng chứng thuyết phục nhất về sự tồn
tại của vi khuẩn nano. Đặc biệt, nhóm nghiên cứu đã tìm thấy các
vi khuẩn nano có cấu trúc giống vi khuẩn ở động mạch và van tim
vôi hóa của người.
Khắc tinh của môi trường?
Một báo cáo của tổ chức phi chính phủ ETC ở Canada đã chỉ ra
rằng,công nghệ Nano là một công nghệ rất mạnh, nhưng nó cũng có
thể có sức công phá lớn. Cũng giống như mọi loại thuốc, đều có tác
dụng phụ. Công nghệ Nano cũng tiềm ẩn một số rủi ro, đặc biệt là
cho môi trường.
Một số vật chất được sinh ra từ công nghệ Nano có thể gây ô nhiễm
môi trường. Sau khi tiếp xúc, hít phải các vật chất Nano gây ô
nhiễm này, sức đề kháng cùa con người suy giảm, tạo cơ hội cho
bệnh tật phát triển. Ví dụ, vật liệu Nano cerium oxit có thể nâng cao
hiệu xuất cháy của dầu xăng và dầu diesel, phát huy vai trò quan
trọng giảm thải CO
2
, CO… Tuy nhiên, vật liệu này cũng vì thế mà
được thải vào không khí, gây ô nhiễm môi trường. Hoặc để xử lý
chất thải xe hơi, các nước đã ứng dụng nhiều vật liệu Nano kim
loại, các chất xúc tác này bay lơ lửng trong không khí rồi lắng
xuống ao hồ, đất đai, gây ô nhiễm môi trường. Theo thống kê,các
chất gây ô nhiễm môi trường có kích thước Nano được sinh ra
trong quy trình đốt cháy vật liệu có thể chiếm tới 10% - 20%.
Mối nguy hiểm này càng nổi cộm hơn khi công nghệ Nano ngày
càng được ứng dụng nhiều hơn trong cuộc sống.
Tháng 3 năm 2009, chính phủ anh đã công bố bản báo cáo về
nghiên cứu ảnh hưởng của công nghệ và vật liệu nano đối với môi
trường và sức khỏe con người. Bản báo cáo đã đưa ra một số kết
luận:

• Hạt nano Titan Dioxit có thể gây hại cho môi trường. Hạt này
tồn tại trong các loại sơn được sử dụng ngày càng rộng rãi.
Kết quả nghiên cứu độc tính cho thấy sau khi tiếp xúc với
nano Titan Dioxxit, phổi con người có thể xuất hiện triệu
chứng viêm. Hạt nano Titan Dioxit dễ hòa tan trong nước
uống, nước sinh hoạt, gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng
đến sức khỏe con người.
• Hạt nano bạc có thể gây hại cho môi trường. Hạt này đang
được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Nghiên cứu cho
thấy, mặc dù tồn tại rất ít trong môi trường cũng có thể gây
tổn thương cho động vật thủy sinh không xương sống.
• Ống nano cacbon có thể gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe
con người. Ống này là vật liệu cần thiết trong công nghiệp và
thí nghiệm. Khi hít phải chúng, sẽ gây độc cho cơ bắp, tế bào
Bất lợi cho sức khỏe?
Ưu điểm của công nghệ nano đồng thời cũng là hạn chế của nó. Vật
chất ở cấp độ nanomet có những biến đổi lớn về đặc tính hóa lý
cũng như những tính chất điện tử và từ trường. Các vật dụng nano
có tỉ lệ nguyên tử trên bè mặt cao hơn rất nhiều so với các vật dụng
thông thường. Điều đó tạo nên những đặc tính mới cho vật chất.
Tuy nhiên một điều đáng sợ là các phân tử này có thể vượt qua
những hàng rào bảo vệ vốn được xem là không thể lọt qua như các
màng phế nang, mao mạch, thậm chí là màng nhau thai để xâm
nhập sâu vào cơ thể. Các phân tử nano độc hại khác còn có thể đột
nhập qua đường hô hấp và theo máu, phân tán khắp cơ thể.
Nhiều nghiên cứu cho thấy, sẽ có những phản ứng đặc biệt khi con
người tiếp xúc với các phân tử nano. Phản ứng ở mức độ tế bào và
mô có thể sẽ rất nguy hiểm khi họ hít, ăn hoặc bị các phân tử nano
xâm nhập qua da. Khi vật liệu nano đi vào cơ thể con người,các đặc
trưng hóa học, hoạt tính sinh học, thành phần hóa học được sản sinh

sau khi tác dụng với cơ thể sẽ có sự khác biệt lớn so với vật chất
thông thường, điều này có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức
khỏe và dẫn đến sự xuất hiện của những căn bệnh mới.
2. Các giải pháp
Để phát huy những ưu điểm và khắc phục những nhược điểm của
vật liệu nano, chúng ta cần có những giải pháp hợp lý:
• Song song với các đội ngũ các nhà khoa học chuyên nghiên
cứu phát triển vật liệu nano, cần thành lập những đội hình
các nhà khoa học chuyên nghiên cứu, tìm hiểu về những tác
hại của nó lên môi trường, con người và tìm cách khắc phục.
Cần chú trọng đầu tư vào lĩnh vực này nhiều hơn để tạo sự
phăt triển bền vững cho mỗi quốc gia.
• Phát triển hơn nữa những tính chất quý và cũng không ngừng
tìm tòi ra những tính chất tốt mà chúng ta chưa biết.
• Cần kết hợp nhiều hơn nữa những vật liệu nano vào những
lĩnh vực mà nó chưa tham gia.
• Mỗi quốc gia phải có chính sách về phát triển công nghệ
nano, đừng để bị lạm dụng và lợi dụng để mang danh tiếng
vật liệu nano vào các sản phẩm, nhưng thực sự chất lượng
của nó không tốt.
• Nghiên cứu sản xuất những loại vật liệu nano mới mà không
có những nhược điểm như làm hại môi trường và ảnh hưởng
sức khỏe.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Tạp chí Hồ sơ sự kiện, số 107, 2010.
2. Wikipedia: />%87_nano
3. Các website khác:
/> />%87+nano/index.aspx
/> />nang-luong-va-moi-truong/53/6063645.epi
/>%87u-Nano

/>