NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU TỔ HỢP AgNANO CARBON NANOTUBES (CNTs) COTTON VÀ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC NHIỄM KHUẨN

Nội dung Text: BÁO CÁO " NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU TỔ HỢP Ag-NANO/
CARBON NANOTUBES (CNTs)/ COTTON VÀ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC
NHIỄM KHUẨN "
1.

Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng
năm 2012 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU TỔ HỢP Ag-NANO/ CARBON
NANOTUBES (CNTs)/ COTTON VÀ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC NHIỄM
KHUẨN STUDY ON SYNTHESIS OF COMPOSITES CONTAINING AgNANO/CARBON NANOTUBES (CNTs)/ COTTON AND THEIR APPLICATIONS ON
TREATING BACTERIUM-CONTAMINATED WATER SVTH: Đỗ Quỳnh My, Phan
Diệu Phương Lớp 07H5, Khoa Hóa, Trường Đại Học Bách Khoa, Đại Học Đà Nẵng
Trương Minh Hoàng Lớp 08H5, Khoa Hóa, Trường Đại Học Bách Khoa, Đại Học Đà
Nẵng GVHD: PGS.TS. Nguyễn Đình Lâm Khoa Hóa, Trường Đại Học Bách Khoa, Đại
Học Đà Nẵng TÓM TẮT Vật liệu kháng khuẩn dựa trên cơ sở" bạc nano hạt
(Nanoparticle silver)" hiện đang được đầu tư nghiên cứu rất nhiều trên thế giới nhờ khả
năng diệt khuẩn rất tốt và không gây độc đối với sức khỏe con người. Trong đề tài nghiên
cứu này, chúng tôi đã tổng hợp thành công vật liệu "Silver nanoparticles/ carbon
nanotubes/ cotton" và thiết kế hệ thống lọc nước sử dụng loại vật liệu này. Kết quả thu
được, bạc nano hạt có kích thước 5 ÷ 6 nm được phân tán rất tốt trên CNTs và cotton
bằng các phương pháp vật lý. Nhờ tác dụng của dòng điện, hệ thống lọc có khả năng diệt
khuẩn đến >95% trong thời gian chỉ sau một vài giây tiếp xúc với lưu lượng nước chảy
qua vật liệu lọc là 40000 L/h.m2.

Đặt vấn đề Bạc từ lâu đã được biết tới là một chất diệt khuẩn hiệu quả và được sử dụng để làm
các dụng cụ sinh hoạt. Tuy nhiên, trước đây đồ dùng bằng bạc không được sử dụng rộng rãi do
giá thành cao. Từ khi công nghệ Nano ra đời thì ứng dụng của bạc mới phát triển lên một tầm
cao mới. Sở dĩ nano bạc được nghiên cứu ứng dụng vào việc kháng khuẩn vì bạc là kháng sinh tự
nhiên và không gây tác dụng phụ. Nano bạc không gây phản ứng phụ, không gây độc cho người
và vật nuôi khi nhiễm lượng nano bạc bằng nồng độ diệt khuẩn (khoảng nồng độ < 100ppm).
dạng phân tán với kích thước nanomet thì khả năng diệt khuẩn của bạc được tăng lên gấp bội nhờ
diện tích bề mặt riêng (m2/g) tăng nhanh. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi ở kích thước nano (từ 1

– 100 nm), hoạt tính sát khuẩn của bạc tăng lên khoảng 50000 lần so với bạc dạng khối, như vậy


1 g bạc Nano có thể sát khuẩn cho hàng trăm m2 chất nền. Điều này sẽ giúp cho khối lượng bạc
sử dụng trong các sản phẩm sẽ giảm rất mạnh nên tỷ trọng của bạc trong giá thành trở nên không
đáng kể. Tuy nhiên cho tới nay, cơ chế kháng vi sinh vật của nano bạc vẫn chưa được hiểu biết rõ
ràng. Bằng các kỹ thuật chụp ảnh kính hiển vi điện tử có độ phóng đại cao (TEM, SEM…), kết
quả nghiên cứu cho thấy, hạt nano bạc bám dính với các thành phần điện tích âm trên bề mặt tế
bào vi khuẩn, virut làm thay đổi tính thấm và sự hô hấp của màng tế bào.
Ngoài ra, các hạt bạc có kích thước nhỏ chui vào trong tế bào, kết hợp với các enzym hay DNA
có chứa nhóm sunfua hoặc phosphate gây bất hoạt enzym hay DNA dẫn đến gây chết tế bào.
Hơn nữa, bạc nano có khả năng giải phóng Ag+ làm tăng hiệu quả diệt khuẩn của bạc nano [1].
Điều chế bạc kim lọai có kích thước nano có thể tiến hành bằng nhiều phương pháp khác nhau,
nhưng phương pháp hóa học được xem là rẻ tiền và ít rủi ro nhất. Theo phương pháp hóa học,
thông thường nano bạc kim loại được điều chế trong dung dịch bằng cách hoàn nguyên bạc từ
bạc cơ nguyên tố hay trực tiếp từ bạc nitrat trong môi trường có mặt chất hữu cơ và các chất
phân tán (các polymer tan trong nước). Trong đề tài này, chúng tôi hướng đến loại vật liệu lọc
mới “Ag nano hạt phân tán trên carbon nanotubes trên nền vải cotton” nhằm kết hợp đặc tính diệt
khuẩn tuyệt vời của Ag nano và khả năng dẫn điện và bề mặt riêng lớn của CNTs để chế tạo ra
vật liệu có hiệu quả kháng khuẩn tốt và mang tính ứng dụng cao. Không những thế, theo những
nghiên cứu gần đây, carbon nanotubes với kích thước nano cũng có khả năng hấp phụ vi khuẩn
và góp phần tăng cường hiệu quả diệt khuẩn của hệ thống [2]. Nhờ những ưu điểm nổi bật như
rẻ, sẵn có, có độ bền cơ và bền hóa cao, vải cotton được sử dụng trong hệ thống này như là vật
liệu để phân tán Ag nano và CNTs. Bên cạnh đó, kích thước lỗ xốp giữa các sợi cotton nằm trong
khoảng từ 10 – 100 μm, lớn hơn rất nhiều so với kích thước vi khuẩn, tránh sự tắc nghẽn hệ
thống lọc [3]. Kết quả thử nghiệm cho thấy khả năng diệt khuẩn của vật liệu rất tốt và có khả
năng ứng dụng trong thực tế. 2. Thực nghiệm Quá trình thực nghiệm được chia làm 3 phần. Phần
thứ nhất là điều chế dung dịch bạc nano, phần tiếp theo là tiến hành phân tán hạt nano bạc trên
CNTs và đưa Ag/CNTs lên vải cotton. Phần cuối cùng là đánh giá khả năng diệt khuẩn của hệ
thống lọc. 2.1. Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm 2.1.1 Hóa chất AgNO3 dạng tinh thể, NH4OH,

glucose được sản xuất và phân phối bởi công ty cổ phần hóa chất Việt Nam, methanol, HNO3 có
nguồn gốc từ Xilong chemical company, ethanol có nguồn gốc từ Guangdong Guanghua
chemical factory, polyvinylalcohol (PVA-217) là loại hóa chất công nghiệp có xuất xứ từ
Singapore được sử dụng trực tiếp không qua xử lý. 2.1.2 Dụng cụ thí nghiệm Máy khuấy từ, lò


nung, tủ sấy, đèn hơi cao áp thủy ngân OSRAM 250W, máy đánh siêu âm VC 505- VC750, thiết
bị đếm khuẩn lạc…, 2.2. Các kỹ thuật hóa lý đánh giá đặc trưng sản ph m Ảnh hiển vi điện tử
truyền qua TEM của vật liệu nghiên cứu được thực hiện bởi thiết bị EM AB NIHE tại viện Hóa
Học Công Nghiệp – Hà Nội. Ảnh hiển vi điện tử qu t SEM của vật liệu tổ hợp Ag nano/ CNTsfunct/ cotton được thực hiện bởi thiết bị S4800-NIHE (10V) tại viện Hóa Học Công Nghiệp – Hà
Nội. Phổ hồng ngoại của vật liệu CNTs và CNTs- unct được xác định bởi thiết bị Nicolet 00 thực
hiện tại Trung tâm hân tích và hân loại hành hóa Hải Quan Miền Trung – Tổng cục Hải quan.
Phân tích phổ tán sắc năng lượng tia (E) được sử dụng để phân tích hàm lượng Ag của vật liệu tổ
hợp được thực hiện tại viện Hóa Học Công Nghiệp – Hà Nội. 2.3. Điều chế keo bạc nano Cho
vào cốc thủy tinh chịu nhiệt 100 ml dung dịch bạc nitrat (AgNO3) 10-3M và 30ml ethanol 99%.
Tiếp tục cho 2.5 ml dung dịch ammoniac 0.4% để thực hiện phản ứng tạo phức bạc ammoni
[Ag(NH3)2]+2.
Sau đó cho 1g VA vào dung dịch và tiến hành khuấy từ ở nhiệt độ thường trong vòng 1h. Phản
ứng Tollens xảy ra khi cho 0.2g glucose vào dung dịch nghiên cứu và khuấy từ dưới tác dụng của
đèn hơi cao áp thủy ngân cho đến khi dung dịch chuyển sang màu vàng đậm bền vững đặc trưng.
Ta thu được dung dịch keo bạc nano. 2.4. Tổng hợp và chức hóa Carbon nanotubes (CNTs) Với
trang thiết bị hiện có của phòng thí nghiệm lọc hóa dầu – Đại học Bách khoa Đà Nẵng, chúng tôi
đã tổng hợp thành công Carbon nanotubes (CNTs) theo phương pháp kết tụ hóa học trong pha
hơi (CVD)[4] với chất xúc tác là Fe/γAl2O3, nguồn cung cấp Carbon là khí dầu mỏ hóa lỏng
( G). CNTs thô được tiến hành chức hóa bằng việc xử lý trong dung dịch HNO3 đậm đặc. Quá
trình chức hóa diễn ra như sau: cho 5 g CNTs vào bình cầu hai cổ cùng với 200 ml axit HNO3
63%, sau đó tiến hành nâng nhiệt độ của bình cầu chứa axit-CNTs lên đến 70oC, hỗn hợp khuấy
từ liên tục. Hệ thống được lắp đặt ống sinh hàn hồi lưu để hạn chế sự thất thoát của axit vào môi
trường. Quá trình chức hóa CNTs được thực hiện trong vòng 24 giờ. CNTs sau khi chức hóa, ký
hiệu là CNTs- unct, được thu hồi bằng lọc hút chân không và rửa nhiều lần bằng nước cất cho

đến khi đạt pH trung tính. Kết thúc quá trình này, chúng tôi thu được CNTs được gắn thêm các
nhóm chức –OH, –COOH…đặc trưng trên bề mặt của chúng. Hình 2: Hệ thống chức hóa CNTs
bằng acid HNO3 đặc ở nhiệt độ 70oC. 2.5. Tổng hợp vật liệu tổ hợp Ag-nano/CNTs-funct/cotton
b ng phương pháp th y nhiệt Sau khi chức hóa CNTs bằng acid HNO3, nhờ sự tương hợp tốt giữa
nhóm chức –COOH tạo ra trên bề mặt CNTs và Ag, Ag nano được tạo thành từ phản ứng Tollens


sẽ được phân tán trên nền CNTs bằng phương pháp thủy nhiệt được thực hiện trong các
Autoclave bằng th p không gỉ với lớp lót là nhựa 3
Nhiệt độ tiến hành thủy nhiệt là 150oC với thời gian là 24 h. Tỷ lệ khối lượng của Ag/CNTs-funct
được chọn là 2/1. Mẫu thu được sau quá trình thủy nhiệt sẽ được lọc chân không và sấy ở 120oC.
Mẫu rắn Ag-nano /CNTs-funct được đánh giá các đặc trưng bằng thiết bị hiển vi điện tử qu t
SEM có tích hợp phổ tán xạ năng lượng tia (EDX), thiết bị hiển vi điện tử truyền qua TEM và
phổ hồng ngoại biển đổi Fourrier (FT-IR). Việc phân tán Ag-nano/CNTs-funct lên trên vải cotton
được thực hiện bằng phương pháp tẩm ướt. Cho 0,1 g vật liệu tổ hợp Ag-nano/CNTs-funct vào
trong 30ml dung dịch methanol và khuấy siêu âm trong 5 phút. Tiến hành tẩm ướt dung dịch thu
được lên trên tấm vải. Tấm vải lọc ở đây sử dụng chất liệu cotton có kích thước là 2,5cm x 10
cm. Sau khi sấy khô vải, ta thu được vật liệu lọc nước Ag/CNTs- funct/Cotton. 2.6. Thiết kế hệ th
ng l c và đánh giá khả năng diệt khu n c a vật liệu tổ hợp. Tấm vải lọc có đường kính 4mm, chiều
dài là 2,5cm tương ứng với tốc độ lọc nước là 0.5 /h. ưu lượng lọc trên hệ thống này tương ứng
với một lưu lượng lọc là 40000L/h.m2. Hiệu điện thế khảo sát nằm trong khoảng ± 20V. Khả
năng diệt khuẩn của vật liệu được đánh giá tại các giá trị hiệu điện thế là -20, -10, 0, 10, 20V, từ
đó xác định được hiệu điện thế thích hợp cho được hiệu quả diệt khuẩn tối ưu. Nước cất sau khi
đã thanh trùng sẽ được cấy vào một lượng E.coli nhất định (nước trước khi lọc). Trích 1ml nước
trước khi lọc cho vào hộp petri và phân tán đều ra toàn bộ mặt đĩa cùng với dung dịch môi
trường agar rồi nuôi trong tủ ấm ở 3 oC trong 24h. Nước cất sau khi đã cấy E.coli sẽ được lọc
khử vi khuẩn bằng hệ thống lọc nêu trên. Nước sau khi lọc cũng được trích 1ml mẫu cho vào
trong hộp petri và thực hiện các thao tác nuôi vi khuẩn như miêu tả ở trên. Hiệu suất diệt khuẩn
của vật liệu lọc Ag-nano/ CNTs- funct/cotton được xác định bằng cách đếm số lượng vi khuẩn
E.coli sau khi nuôi cấy bằng thiết bị đếm khuẩn lạc của nước trước và sau khi đi qua hệ thống

lọc. 3. Kết quả và thảo luận 3.1. Keo bạc nano hương trình phản ứng tổng hợp keo bạc nano xảy
ra như sau: [Ag(NH3)2] + (aq) + RCHO(aq) → Ag(s) + RCOOH(aq) Trong phản ứng này,
glucose đóng vai trò là tác nhân khử, khử ion Ag + của phức bạc amoni thành Ago, vì vậy dung
dịch chuyển sang màu vàng đặc trưng như được mô tả trên hình 4, chứng tỏ có sự xuất hiện của
nano bạc [6]. Nhờ sự có mặt của chất phân tán VA, hạt nano bạc tạo thành được bao bọc, tránh
sự kết tụ lại với nhau, điều này giúp tăng khả năng bảo vệ bạc nano. Trong quá trình khử phức
bạc, đèn UV được sử dụng nhằm kiểm soát đường kính và sự phân bố đồng đều kích thước của


các hạt nano bạc. hương pháp tổng hợp này còn rất thân thiện với môi trường do các hóa chất sử
dụng không gây độc hại.
Trong quá trình thí nghiệm, chúng tôi nhận thấy rằng việc phân tán dung dịch keo bạc lên trên
CNTs không hiệu quả do không có sự tương hợp tốt giữa CNTs kỵ nước và bạc nano tan tốt
trong nước. Do vậy, tiến hành chức hóa CNTs nhằm tạo ra các nhóm chức -COOH, -OH… trên
bề mặt CNTs. Từ kết quả nghiên cứu bằng phổ FT-IR của CNTs- unct được trình bày trên hình 6,
chúng ta có thể thấy sự xuất hiện 1 peak mới tại số sóng 1743 cm-1, đây là peak đặc trưng cho
dao động của nhóm C = O trong nhóm chức –COOH [7]. Điều này chứng tỏ rằng chúng tôi đã
chức hóa thành công CNTs bằng acid HNO3. Mặt khác, việc xử lý CNTs trong dung dịch acid
HNO3 còn góp phần loại bỏ các tạp chất có mặt trong CNTs như hạt xúc tác Fe, chất mang
γAl2O3… 5
Chính nhờ khả năng tương tác tĩnh điện giữa hạt nano Ag và các nhóm chức này đã mang lại sự
phân tán rất tốt các hạt nano bạc trên bề mặt CNTs- unct như được đã được chứng minh bằng ảnh
thu được từ kính hiển vi điện tử qu t độ phân giải cao (SEM) như được trình bày trên hình 7. Bạc
nano bị khử và phân tán trên CNTs-funct bằng phương pháp thủy nhiệt như đã trình bày ở phần
trên. Hình 7: SEM của Ag nano hạt/CNTs-funct Kết quả thu được từ kỹ thuật SEM trên vật liệu
tổ hợp Ag-nano/CNTs-funct trên hình 7 cho thấy có sự xuất hiện các hạt nano bạc với kích thước
5-6 nm phân tán đồng đều trên các ống carbon nano. Kết quả phân tích phổ tán sắc năng lượng
tia (E) trên các vùng bề mặt đủ lớn được trình bày trên hình 8 cho chúng ta thấy rõ hơn sự phân
bố và hàm lượng của Ag nano trên CNTs-funct. Element Weight% Atomic% CK 69.36 95.19 Zr
L 4.68 0.84 Ag L 25.96 3.97 Totals 100.00 6

Kết quả nghiên cứu kết hợp SEM-EDX trên hình 8 chứng tỏ Ag ở dạng nano phân bố tốt trên
CNTs- funct với hàm lượng Ag từ 23 ÷ 2 % tương ứng với tỷ lệ Ag/CNTs ≈ 1/3. Tuy nhiên,
không phải tất cả các hạt nano bạc đều được phân tán hoàn toàn trên ống CNTs. Kết quả SEM/E
cũng cho thấy sự tạo thành tinh thể Ag với kích thước từ 100 ÷ 150 nm tại một số điểm và như
vậy kết quả E tương ứng cho thấy hàm lượng bạc rất lớn (> 0%) như được miêu tả trên hình 9.
Kết quả này cho thấy rằng với tỷ lệ khối lượng Ag/CNTs = 2/1 một số hạt nano bạc bị kết tụ lại
tạo thành các tinh thể Ag lớn và rời rạc. Element Weight% Atomic% CK 27.81 77.58 Ag L 72.19
22.42 Totals 100.00 Hình 9: Ảnh chụp SEM/ EDX của Ag/CNTs-funct có xuất hiện tinh thể Ag
Sự xuất hiện các tinh thể Ag này có thể giải thích là do lượng Ag sử dụng ban đầu quá lớn so với


bề mặt tiếp nhận của CNTs-funct, do đó lượng Ag còn lại sau khi đã phân tán trên CNTs-funct sẽ
bị kết tụ lại với nhau. Điều chỉnh tỷ lệ phù hợp của Ag/CNTs-funct để làm tăng hiệu quả sử dụng
bạc chính là hướng phát triển trong thời gian sắp tới của đề tài. 7
2.

Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm
2012 Quá trình tẩm Ag- nano/CNTs-funct lên vải cotton đã được thực hiện thành công khi cotton
và vật liệu tổ hợp Ag-nano/CNTs- unct liên kết tốt, không bị thôi ra trong quá trình sử dụng. Ảnh
quang học của vật liệu lọc và ảnh SEM của nó cho thấy cấu trúc của vật liệu lọc Ag-nano/CNTsfunct không bị biến đổi khi tẩm lên cotton như được trình bày trên hình 10. Điện trở của tấm vật
liệu lọc Ag nano hạt/CNTs-funct /cotton nằm trong khoảng từ 5 -10 kΩ. Hình 10: Vật liệu Ag
nano/ CNTs-funct/ cotton 3.3. Đánh giá hiệu suất diệt khu n c a vật liệu l c tổ hợp g-nano/CNTsfunct/cotton Hiệu suất diệt khuẩn cao nhất qua một lần lọc trong hệ thống thí nghiệm nêu trên là
> 95%. Điều này được ghi nhận rõ bằng số lượng khuẩn lạc xuất hiện trên các đĩa petri chứa các
mẫu nước trước và sau lọc như được mô tả của các ảnh chụp trên hình 11. Hình 11: Sự phát triển
của khuẩn lạc trên mẫu nước trước khi lọc (trái) và sau khi lọc (phải). Ảnh hưởng của hiệu điện
thế đặt vào hệ thống đến hiệu quả diệt khuẩn được trình bày trên hình 12. Kết quả này cho thấy
rằng ở hiệu quả diệt khuẩn cao nhất ứng với điện thế -10V trên bề mặt vật liệu lọc. 8

3.

Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm
2012 Hiệu điện thế được sử dụng ở đây nhằm hai mục đích. Thứ nhất, nó sẽ tạo một hiệu điện
thế giữa bên trong và bên ngoài thành tế bào vi khuẩn, khi giá trị này vượt quá điện áp đánh
thủng của màng tế bào (khoảng 400mV) [3] thì sẽ dẫn đến sự phá hủy tế bào vi khuẩn. Quá trình
này đã được nhiều nhà khoa học quan tâm và biết đến với tên gọi là Electroporation [3]. Thứ hai,
với việc áp đặt giá trị điện thế này sẽ tạo ra một dòng điện cỡ vài mA và sẽ làm tăng khả năng
xuất hiện Ag+ trên bề mặt vật liệu lọc do đó sẽ làm tăng hiệu quả diệt khuẩn [3]. 100 90 95 80 82
81 70 72 60 56 50 40 30 20 10 0 -20 -10 0 10 20 Hình 12: Ảnh hưởng của hiệu điện thế sử dụng
đến hiệu quả diệt khuẩn của Ag-nano/CNTs-funct/Cotton. KẾT LUẬN Với các điều kiện sẵn có
của phòng thí nghiệm tại khoa Hóa, trường Đại học Bách Khoa – Đại Học Đà Nẵng, chúng tôi đã
tổng hợp thành công vật liệu tổ hợp Ag-nano/ CNTs-funct/cotton. Các kết quả phân tích chứng tỏ
có sự hình thành bạc nano có kích thước 5- nm và được phân tán rất tốt trên bề mặt CNTs-funct.
Vật liệu được ứng dụng vào hệ thống lọc nước với hiệu suất diệt khuẩn tốt. Với ưu điểm là xử lý
nước với khối lượng lớn trong thời gian ngắn, hiệu quả kinh tế cao với các nguồn nguyên liệu


đều được sản xuất ở Việt Nam, thành công của đề tài này đã mở ra một hướng mới trong việc
ứng dụng vật liệu Ag-nano vào lĩnh vực lọc nước công nghiệp hoặc phục vụ cho các vùng sâu,
vùng xa trong các điều kiện thiên tai. Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài này là tiến hành
khảo sát khả năng diệt khuẩn của hệ thống trên các loại vi sinh vật khác ngoài E.coli và thiết kế
hệ thống lọc nước nhiều giai đoạn để làm tăng hiệu quả diệt khuẩn và có thể áp dụng trong việc
xử lý nước sinh hoạt. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy
PGS.TS.Nguyễn Đình âm, cô Nguyễn Thị Hồng Cúc – phụ trách phòng thí nghiệm Vi sinh, các
thầy cô giáo phụ trách các phòng thí nghiệm của khoa Hóa, trường Đại học Bách Khoa cùng với
sự hợp tác từ các đơn vị nghiên cứu và sản xuất: Viện Hóa Học Công Nghiệp, Trung tâm Phân
tích và Phân loại hàng hóa Hải Quan Miền Trung – Tổng cục Hải quan, đã hổ trợ cho chúng tôi
thực hiện đề tài này. TÀI LIỆU THAM KH O [1] Mritunjai Singh, Shinjini Singh, S.Prasad,
I.S.Gambhir, “Nanotechnology in medicine and antibacterial effect of silver nanoparticles”,
Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures Vol 3, No 3, p.115-122,september 2008 9
4.

Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm
2012 [2] Akasaka, Tsukasa, Matsuoka, Makoto, Hashimoto, Takeshi; Abe, Shigeaki; Uo,
Motohiro; Watari, Fumio, “The bactericidal effect of carbon nanotube/agar composites irradiated
with near-in rared light on Streptococcus mutans”, Materials Science and Engineering: B, 173(13): 187-190 [3] David T. Schoen, Alia P. Schoen, Liangbing Hu, Han Sun Kim, Sarah C.
Heilshorn, and Yi Cui, “ High Speed Water Sterilization Using One- imension Nanostructures”,
Nano Lett., 10, 2010 [4] Trần Châu Cẩm Hoàng, Huỳnh Anh Hoàng, Nguyễn Đình âm, “Tổng
hợp, biến tính bề mặt và định hình vật liệu nano carbon thu được bằng phương pháp phân hủy
xúc tác các hợp chất chứa carbon trong điều kiện Việt Nam”.

5.

Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng, 2010
[5] Sougata Sarkar a, Atish ipankar Jana a, Samir Kumar Samanta b, Golam Mosta a, “Facile
synthesis of silver nano particles with highly efficient anti-microbial property”, Polyhedron 26,
4419–4426,2007 [6] Ngô Võ Kế Thành, Nguyễn Thị hương hong, Đặng Mậu Chiến, “nghiên cứu
hoạt tính kháng khuẩn của tấm vải cotton ngâm trong dung dịch keo nano bạc”, Tạp chí Phát
Triển KH&CN, tập 12, số 03, 2009 ves Blache, “Spectroscopie In rarouge – donn es
spectroscopie IR, r sum non exhausti ” [7] 10


Gordon Moore - một trong những nhà sáng lập viên của tập đoàn Intel và cũng là người
phát triển định luật Moore, ông đã từng phát biểu như sau: “Số lượng transistor (bóng bán
dẫn) trên mỗi đơn vị inch vuông (1 inch vuông xấp xỉ 6,45 cm2) sẽ tăng lên gấp đôi sau
mỗi năm”. Nhưng đến năm 2000, ông đã sửa đổi thời gian để có thể tăng gấp đôi tốc độ
cho bộ xử lý là theo chu kì 2 năm (tức 24 tháng). Còn David House thì lại đưa ra một lập
luận khác rằng tốc độ xử lý sẽ tăng gấp đôi theo chu kì 18 tháng. Tuy nhiên, nếu chúng ta
nhìn vào tốc độ phát triển bóng bán dẫn như hiện nay thì việc “tăng gấp đôi” này có lẽ sẽ
khó có thể thực hiện được.

Trong những năm trở lại đây, kĩ thuật chế tạo và phát triển bóng bán dẫn (transistor) đã
bắt đầu chững lại, điều này cũng làm tốc độ phát triển của các bộ vi xử lí cũng vì thế mà
chững theo.
Cuối năm 2010, sau khi bảng lộ trình công nghệ bóng bán dẫn toàn cầu (International
Technology Roadmap for Semiconductors) được công bố. Đa số các chuyên gia đều đồng
tình với nhận định: “Bắt đầu từ cuối năm 2013, mật độ bóng bán dẫn sẽ tăng lên gấp đôi
theo chu kì 3 năm”. Lý do cho sự đồng tình này chính là: Silicon - vật liệu bán dẫn đã
từng tạo nên toàn bộ ngành công nghiệp máy tính điện tử ngày nay đã đạt tới giới hạn của
mình và không thể “ép” tăng thêm được nữa.
Điều này buộc các nhà khoa học phải tìm ra một loại vật liệu mới để thay thế Silicon và
có thể dùng được trong sản xuất ở kích thước dưới 10 nanomet. Theo đánh giá của nhiều
chuyên gia, vật liệu sáng giá nhất để thay thế Silicon bây giờ chính là Carbon Nanotubes
(viết tắt là CNT). Các các kĩ sư của IBM đã đưa ra thông báo về lộ trình cho ra mắt các
mẫu vi xử lý có sử dụng vật liệu CNT vào năm 2020.

Kích thước bóng bán dẫn bóng bán dẫn trong bộ vi xử lý mới chính mới là thứ quan trọng
nhất. Bởi các thiết bị điện tử mà chúng ta sử dụng bây giờ như smartphone, desktop hay
thậm chí các server cỡ lớn đều có giới hạn kích thước và còn làm việc dựa trên nền tảng


căn bản là trạng thái tắt-bật của các bóng bán dẫn thì khi đó tốc độ xử lí còn tỉ lệ thuận
với mật độ bóng bán dẫn được nhồi vào trong vùng diện tích giới hạn đó.
Vật liệu mới Carbon Nanotubes (CNT) có cấu trúc dạng ống được cuộn lại những tấm
graphene có độ dày chỉ tương đương với một phân tử nên có thể đem lại kích thước bán
dẫn nhỏ hơn nhiều so với Silicon. Nhờ thế mà mật độ bóng bán dẫn được nhồi vào một
inch vuông cũng tăng theo.

Trong mẫu thử nghiệm lần này, các bóng bán dẫn CNT mới của IBM mới chỉ đạt kích
thước 30 nanomet và được xếp cách nhau 8 nanomet. Tuy nhiên, khi so sánh ở cùng một

mức tiêu thụ điện năng, các bộ xử lý CNT nhanh hơn gấp 6 lần các bộ xử lý Silicon hiện
tại.


Mặc dù, vật liệu CNT mang nhiều tiềm năng to lớn nhưng nhìn chung việc chế tạo bộ xử
lý CNT vẫn còn quá phức tạp. Chưa kể, việc thay thế toàn bộ quy trình cũ sang quy trình
CNT mới là vô cùng tốn kém và mạo hiểm.
Trong thông báo lần này, các kĩ sư IBM cũng chưa nói rõ về những những thành công đạt
được trong việc nghiên cứu và chế tạo chip dựa trên vật liệu bán dẫn mới CNT. Nhưng
với lộ trình đã được đặt ra như thế này, thì dù muốn dù không trong năm 2020 họ cũng
buộc phải công bố kết quả nghiên cứu của mình. Hiện tại trên thế giới đang có rất nhiều
công nghệ được đẩy mạnh nghiên cứu như máy tính lượng tử, máy tính quang học…
Theo đánh giá sơ bộ tất cả các nghiên cứu này đều cho khả năng tính toán nhanh hơn rất
nhiều so với bộ vi xử lý bây giờ.