Giới thiệu về vật liệu nano & công nghệ nano

SVTH: Lê Thị Thùy Dung
Nguyễn Thị Định
Nguyễn Văn Hướng
Lê Vũ Lâm
Hoàng Thị Thúy Nga
GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU NANO
& công nghệ nano
*
MỘT SỐ THÔNG TIN CẦN
THIẾT
Tài liệu công nghệ nano: http://
mientayvn.com/Cao%20hoc%20quang%20dien%20tu/Semina%20tren%20lop/seminar.h
tml
https://
drive.google.com/folderview?id=0B2JJJMzJbJcwajNXZWpzdGRTb1MtRXdRN0hrZFh
iQQ&usp=sharing
1
•
Vật liệu nano và ứng dụng
2
•
Công nghệ nano và ứng dụng
3
•
Tổng quan về pin mặt trời
4
•
Pin mặt trời chất màu nhạy sáng
NỘI DUNG
Vật liệu nano và ứng dụng
Vật liệu nano là loại vật liệu trong đó ít nhất một chiều

có kích thước nanomet.
Về hình dáng vật liệu, người ta phân ra thành các loại sau:
Vật liệu nano không chiều (đám nano, hạt nano)
Vật liệu nano một chiều (dây nano, ống nano )
Vật liệu nano hai chiều (màng mỏng)
Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite
Về trạng thái của vật liệu, người ta phân chia thành ba
trạng thái rắn, lỏng và khí.
Vật liệu nano và ứng dụng
Một số ứng dụng tiêu biểu của vật liệu nano:
Vật liệu ngăn cách
Chế tạo máy
Vật liệu thích nghi sinh học để cấy
vào cơ thể
Vật liệu nano và ứng dụng
Một số ứng dụng tiêu biểu của vật liệu nano:
Ứng dụng làm màn hình
Ứng dụng làm pin
Nam châm cực mạnh
Ứng dụng trong động cơ ôtô, máy bay
Công nghệ nano và ứng dụng
Công nghệ nano (nanotechnology) là các thao tác của vật chất ở
cấp độ nguyên tử và phân tử.
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).
Khái niệm:
Công nghệ nano được coi như một bước ngoặt của khoa học kỹ
thuật thế giới. là một trong những công nghệ tiên tiến bậc nhất
hiện nay và có rất nhiều ứng dụng trong y học, điện tử, may mặc,

thực phẩm v.v
Công nghệ nano và ứng dụng
Công nghệ nano trong y học
Các nhà khoa học nghiên
cứu một dự án nanorobot vô
cùng đặc biệt. Với những
chú robot có kích thước siêu
nhỏ, có thể đi vào bên trong
cơ thể con người để đưa
thuốc điều trị đến những bộ
phận cần thiết.
Việc cung cấp thuốc một
cách trực tiếp như vậy sẽ
làm tăng khả năng cũng như
hiệu quả điều trị.
Công nghệ nano và ứng dụng
Công nghệ nano trong các đồ điện tử quanh chúng ta
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.
Công nghệ nano và ứng dụng
Công nghệ nano trong ứng dụng may mặc

Một ý tưởng vô cùng đặc biệt với
loại quần áo có khả năng diệt vi
khuẩn gây mùi hôi khó chịu trong
quần áo đã trở thành hiện thực với
việc áp dụng các hạt nano bạc.
Công nghệ nano có thể biến chiếc
áo bạn đang mặc thành một trạm
phát điện di động. Sử dụng các
nguồn năng lượng như gió, năng
lượng mặt trời và với công nghệ
nano bạn sẽ có thể sạc điện cho
chiếc smartphone của mình mọi
lúc mọi nơi.
Công nghệ nano và ứng dụng
Công nghệ nano trong tự nhiên
Loài tắc kè trong dự án nghiên cứu một
thiết bị đi trên tường, mỗi ngón chân
của tắc kè được bao phủ bởi một lớp
lông có kích thước siêu nhỏ, giúp
chúng có thể bám dính vào các bề mặt
mịn theo lực van der Waals
Các nhà khoa học cũng tạo ra
những miếng đệm với lớp ống nano
siêu nhỏ mà có thể hỗ trợ những người
leo núi bám tốt hơn trên các vách đá.
Công nghệ nano và ứng dụng
Công nghệ nano trong chế tạo pin mặt trời
Trong tấm pin mặt trời này, các điện cực là
graphene - tấm carbon (một nguyên tử dày - và
ống nano carbon đơn vách mảnh hơn sợi tóc

10.000 lần). “Các ống nano carbon có tính dẫn
điện và khả năng hấp thụ ánh sáng mạnh”,
Có lẽ trong tương lai chúng ta có thể thấy các
pin mặt trời carbon thay thế các vật liệu đắt
tiền để tạo ra điện.
Công trình tạo chất màu cấu trúc Nano cảm ứng
ánh sáng ở bước sóng rộng 400 – 700 mm từ
chất màu diệp lục lá cây biến tính theo công
nghệ mô phỏng sinh học và chất màu tổng hợp,
có khả năng truyền điện tích.
PMT làm hoàn toàn từ carbon
Hệ thống PMT DSSC
Tổng quan về pin mặt trời
Tổng quan về pin mặt trời
Năm 1873, Willoughby Smith đã phát
hiện ra tác động của ánh sáng lên Selen.
Năm 1883, Charles Fritts đã tạo ra tấm
pin năng lượng mặt trời sơ khai đầu tiên
với Selen, hiệu suất chuyển đổi khoảng
6%.
Năm 1905, Albert Einstein đã giải thích
được hiệu ứng quang điện, năm 1921
ông đã được nhận giải Nobel vật lý về
điều này.
Năm 1946, Russel Ohl đã hiểu rõ nguyên lý hoạt động của Silic,
ông là người đầu tiên tạo ta tấm pin năng lượng mặt trời giống
như các pin được sử dụng ngày nay.

Tổng quan về pin mặt trời
Cấu tạo của pin mặt trời cơ bản

Tổng quan về pin mặt trời
Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời cơ bản
Hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong
Tổng quan về pin mặt trời

Các chất bán dẫn chỉ hấp thụ ở một dải phổ nhất định.

Ảnh hưởng của tạp chất, khuyết tật tinh thể, hiệu ứng bề
mặt.

Mất mát quang học

Mất mát do điện trở bán dẫn, lớp tiếp xúc.
Các yếu tố giới hạn lên hiệu suất pin mặt trời:
Các thế hệ pin mặt trời
Thế hệ thứ nhất
-
Vật liệu Silicon (đơn tinh thể và đa
tinh thể)
-
Chiếm khoảng 80 – 85% thị trường
pin mặt trời
-
Hiệu suất chuyển đổi năng
lượng tối đa là 31% (lý thuyết). Đạt
được ở phòng thí nghiệm: 25% cho
đơn tinh thể. 20,4% cho đa tinh thể.
-
Yêu cầu độ tinh khiết rất cao
Các thế hệ pin mặt trời

-
PMT được chế tạo theo công nghệ
màng mỏng.
-
Các loại vật liệu tạo thành phong
phú hơn như silic đa vô định hình,
các loại hợp kim của CIGS
-
Hiệu suất đạt khoảng 12-15%.
Thấp hơn thế hệ thứ nhất
-
Chi phí chế tạo ít tốn kém, lắp đặt
đơn giản hơn.
Thế hệ thứ hai:
Các thế hệ pin mặt trời
Thế hệ thứ ba
Đã và đang được nghiên cứu
mạnh mẽ. Một số dạng như:
-
Pin mặt trời dạng nano tinh
thể
-
Pin mặt trời quang điện hóa
(PEC)
-
Pin mặt trời chất màu nhạy
quang (DSSC)
-
Pin mặt trời Polymer
Các thế hệ pin mặt trời

Thế hệ thứ tư (pin mặt trời lai hóa)
- Được cấu tạo từ vật liệu hữu cơ
(P3HT - Poly(3-hexylthiophene))
kết hợp với bán dẫn tinh thể.
- Hiệu suất chuyển đổi năng lượng
đã được cải thiện đáng kể và đạt mức
43.5% vào tháng 10/2011
- Giá thành ở mức cao
Gây khó khăn cho quá trình
thương mại hóa và đưa vào sử dụng
trong thực tiễn đời sống.
- Đang được nghiên cứu và cải thiện
*
Cấu tạo pin DSSC
Pin mặt trời chất màu nhạy sáng (DSSC)
*
Nguyên Lý Hoạt Động


Sự truyền điện tử thông qua chất màu nhạy sáng
Khuyếch tán
3
2 3I e I
− −
+ →
3
2 3 2D I I D
+ − −
+ → +
Pin mặt trời chất màu nhạy sáng (DSSC)

Vị trí vùng cấm của các chất bán dẫn khác nhau
Pin mặt trời chất màu nhạy sáng (DSSC)
Một số đặc điểm của TiO2