Xem mẫu
- 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
nguon tai.lieu . vn
