Chương 2 vật liệu nano sự phát triển và tiềm năng

Chương 2. VẬT LIỆU NANO
SỰ PHÁT TRiỂN VÀ TIỀM NĂNG
29/5/20092
29/5/20093

Công nghệ nano đang thúc đẩy cuộc cách mạng công nghệ mới và dự
báo công nghệ này sẽ đem lại 1.000 tỷ USD cho nhân loại vào cuối
thập kỷ này.

Các dự án công nghệ nano hiện nay ở Mỹ đã thu hút vốn đầu tư hơn
800 triệu USD. Trên toàn cầu, hơn 3.000 bằng phát minh về công nghệ
nano đã được bảo hộ bản quyền hàng năm.

Các nước công nghiệp phát triển đã thực hiện chiến lược phát triển
công nghệ nano như là ngành công nghiệp mũi nhọn.Các nhà khoa
học Anh và Canada khẳng định sự ứng dụng rộng rãi của công nghệ
nano trong tất cả các lĩnh vực như công nghiệp, điện tử, hóa học,
sinh học, mỹ phẩm, y tế, môi trường…

Các sản phẩm của công nghệ nano hiện đã xuất hiện tại các siêu thị,
trong các thiết bị điện tử, các vi mạch silicon…. và sẽ trở thành các
mặt hàng thực phẩm hoặc dược phẩm trong tương lai gần. Công
nghệ nano sẽ góp phần giải quyết hàng loạt các vấn đề trong đời
sống con người.

Các nhà khoa học kêu gọi cộng đồng quốc tế khẩn cấp xây dựng luật
pháp và quy chế về phát triển và ứng dụng công nghệ nano phục vụ
đời sống con người và ngăn chặn sử dụng công nghệ này vào các
mục đích nguy hiểm đối với con người và môi trường.
29/5/20094
Theo TTXVN (

) 10/2008

Tại Mỹ, toàn bộ hoạt động nano đã có sự phê chuẩn của
Tổng thống. Đầu tháng 12 năm 2003, Tổng thống Mỹ -
Bush đã ký sắc lệnh Nghiên cứu và Phát triển công nghệ
nano thế kỷ 21. Sắc lệnh này phê chuẩn một ngân sách 3,7
tỉ USD cho các chương trình nghiên cứu và phát triển
trong bốn năm được phối hợp giữa một số cơ quan liên
bang trong lĩnh vực công nghệ nano.

29/5/20095

Giáo sư Pugno vừa giới thiệu công nghệ này trên Tạp chí Vật
lý của Viện Vật lý. Ông nói, một mặt phẳng có những ống nano
carbon thì có sức kết dính lớn hơn chân con nhện hoặc con
tắc kè đến 200 lần. Ông cho rằng sẽ sớm chứng kiến cảnh
người ta leo trèo bên ngoài tòa nhà chọc trời Empire State
Building ở New York (Mỹ) chỉ nhờ đôi giày và găng tay có dán
“keo dính”. Ông dự đoán, bộ trang phục này sẽ được sản xuất
từ năm 2017. Hiện nhóm nghiên cứu của ông đang thử thiết kế
kiểu trang phục này, vừa có thể giúp người ta leo trèo như
nhện, vừa có thể giặt sạch được mà không bị mất độ kết dính

29/5/20096
29/5/20097
29/5/20098
Intel vừa hoàn thiện công nghệ xử lý 90
nanomet (nm - 1 phần tỷ mét). Hãng cũng có
kế hoạch thu nhỏ cổng transistor xuống còn
10 nm vào năm 2011. Tuy nhiên, vào năm

2013, Intel cũng như tất cả các hãng sản xuất
chip khác sẽ cần những chất liệu mới để có
thể duy trì định luật Moore - tăng gấp đôi số
lượng transitor gắn trên cùng một thể tích
silicon theo từng chu kỳ 2 năm.
Hãng sản xuất chip lớn nhất thế giới vừa công bố định hướng phát
triển tới năm 2020, với trọng tâm đặt vào những chất liệu mới như ống
carbon nano và dây dẫn nano cùng các kỹ thuật mang tính cách tân để
đưa transistor xuống tầm nguyên tử.

29/5/20099
IBM chip

Chỉ 10 năm nữa, người ta sẽ “đu” được
trên tường những tòa nhà chọc trời, hoặc
“nằm” trên trần nhà mà không bị té uỵch
xuống sàn Đó là nhờ những bộ trang
phục kiểu “người nhện”, ứng dụng công
nghệ nano. Giáo sư Pugno giải thích, các
ống nano carbon sẽ kết hợp 3 thể kết
dính: sức ma sát của các ống, sự kết dính
“van der Waals” (theo nguyên tắc các vật
nhỏ dính vào những vật lớn hơn, làm cho
những sợi lông li ti dưới chân con nhện
hoặc con tắc kè bám dính vào tường thủy
tinh hay trần nhà bê tông) và sự kết dính
mao dẫn (thường thấy ở một ly nước, khi
mép nước cao hơn một chút so với mặt
nước).
29/5/200910

29/5/200911
Các nhà khoa học của Đại học
California (Mỹ) chỉ dùng một ống
carbon ở cấp độ nano. Sợi đốt của
họ có độ dài 1,4 mm (ngắn hơn bóng
sợi đốt truyền thống 10.000 lần) và
có đường kính 13 nanomet (tương
đương 100 nguyên tử và nhỏ hơn sợi
đốt truyền thống 100.000 lần).
Ống hình trụ có chứa một màng
tổng hợp, có độ dày khoảng 100
nanomét. Hình phóng to cho thấy
hình ảnh phóng lớn của màng
tổng hợp chứa các phân tử liên
kết hữu cơ và các lỗ nhỏ. Chỉ có
các phân tử nước mới thoát ra
khỏi màng lọc từ phía bên trái của
màng lọc
29/5/200912
29/5/200913
Thấm ướt
Không
thấm ướt
29/5/200914
  Ậ Ệ

a. Kim cương; b.Than chì;
c) Lonsdaleite; d) – f) cấu trúc
Fullerene (C60, C540, C70);
g) Vô định hình và h) Ống than nano

29/5/200915


Techniques have been developed to produce nanotubes in sizeable
quantities, including arc discharge, laser ablation, high pressure
carbon monoxide (HiPCO), and chemical vapor deposition (CVD).
29/5/200916
n = m
θ =30°
m =0
θ = 0°
Metal
n-m = 3k (k integer)
Carbon Nanotubes
29/5/200917
29/5/200918
Tùy thuộc vào góc chiral θ mà các dạng khác nhau của
CNTs được xác định:
•
Nếu θ = 0o (n = 0 hoặc m = 0), ống “zig - zag”,
•
Nếu θ = 30o (n = m), ống “armchair”,
•
Nếu θ = 0o – 30o (n ≠ m), ống “chiral”.
29/5/200919

KIM LOẠI
BÁN DẪN
29/5/200920


29/5/200921
Ứng suất
Young
(GPa)
Độ cứng
(Gpa)
Tỷ trọng
(g/cm3)
MWNT 1.200 ~ 150 2,6
SWNT 1.000 75 1,3
Độ dẫn nhiệt của ống nano đa vách khoảng từ 1.800
đến 6.000 W/m.K, và hơn 3.000 W/m.K đối với ống nano
đơn vách. Còn độ bền nhiệt của các ống than nano lên tới
2.800oC ở chân không và khoảng 750oC trong không khí.
 

!"#

#!$


!#%&'#(

#")*+,-

!#

("&. 

/"%"

29/5/200922
0.-

#-

%"-

0(

"#$

(

1"

1(

$.(

%%(

#$ 

2 -

3%

 (

 




29/5/200923
 -
29/5/200924
Vật liệu composite
Chỉ cần thêm 1% ống than nano thì độ cứng đàn hồi
của CNT/polystyrene tăng 25% so với polystyrene
thông thường. Còn ống nano đơn vách khi phân tán tốt
trong màng composite PVA (polyvinyl acetate) có phủ
PVP (polyvinyl pyrrolidone) và SDS sẽ giúp tăng cường
sức căng cơ học và ứng suất đàn hồi. Còn trong sợi
PAN/SWNT, với 10% SWNTs sẽ tăng 100% ứng suất đàn
hồi ở nhiệt độ phòng.
29/5/200925
-
.