Công nghệ nanô và vật liệu nanô từ nghiên cứu đến thị trường

Trong thời gian gần đây nhiều nhà hoạch định chính sách trên thế giới , kể cả Tổng thống của một số c-ờng quốc công nghiệp đã quan tâm và thúc đẩy việc phát triển Khoa học Nanô và Công nghệ Nanô (KHNN&CNNN). Nhiều chính phủ và tập đoàn kinh tế lớn đã đầu t-cho KHNN&CNNN. Nhiều công trình khoa học, nhiều bằng phát minh vàsáng chế về KHNN&CNNN đã đ-ợc công bố. Nhiều sản phẩm của CNNN, đặc biệt là các loại Vật liệuNanô (VLNN) đã xuất hiện và đang đ-ợc sử dụng ngày càng nhiều trong hầu hết các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, y tế, bảo vệ môi tr-ờng, an ninh quốc phòng và đời sống. ở Việt nam, các nhà khoa học ở một số viện nghiên cứu, tr-ờng đại học cũng đã bắt đầu tiếp cận với KHNN&CNNN trên cả hai bình diện: lý thuyết và thực nghiệm. Một vài công ty th-ơng mại ở trong n-ớc cũng đã nhập khẩu một số sản phẩm CNNN của n-ớc ngoài,Vấn đề đặt ra cho chúng ta làcần tìm hiểu xem KHNN&CNNN là gì và khoa học, công nghệ đó, hôm nay hoặc ngày mai cho chúng ta cái gì? Công nghệ đó là hiện thực không? và một điều quan trọng nữa là, chúng tacần làm gì để tiếp cận với KHNN& CNNN?

pdf50 trang | Chia sẻ: lvbuiluyen | Ngày: 18/10/2013 | Lượt xem: 1758 | Lượt tải: 12download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Công nghệ nanô và vật liệu nanô từ nghiên cứu đến thị trường, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Công nghệ nanô và vật liệu nanô từ nghiên cứu đến thị tr−ờng GS. TS. Phan Hồng Khôi1,2 1. Viện Khoa học Vật liệu,Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam 2. Tr−ờng Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội Hà nội 6 - 2006 1 Mục lục Trang I. Mở đầu 3 II. KHNN và CNNN là gì? 3 III. Nội dung của KHNN & CNNN 5 IV. Sản phẩm của CNNN và thị tr−ờng 5 V. Tình hình nghiên cứu và phát triển CNNN trên thế giới 15 5.1. Khu vực châu á Thái Bình D−ơng 17 5.1.1.Chính sách phát triển CNNN của các n−ớc APEC 18 5.1.2. Các nỗ lực th−ơng mại hoá CNNN ở khu vực châu á Thái Bình D−ơng 21 5.1.3. Đầu t− cho CNNN của khu vực t− nhân ở khu vực châu á Thái Bình D−ơng 22 5.1.4. Chính sách và Ch−ơng trình CNNN ở một số n−ớc châu á 23 5.2. Chính sách phát triển CNNN của các n−ớc Châu Âu 30 5.3. Chính sách phát triển CNNN của Mỹ 34 5.4. Nhận xét 37 VI. Các h−ớng −u tiên của CNNN ở các n−ớc đang phát triển 38 VII. Các đề xuất 40 VIII. Tình hình nghiên cứu CNNN ở Việt nam 42 IX. Kết luận 44 Tài liệu tham khảo 46 2 I. Mở đầu Trong thời gian gần đây nhiều nhà hoạch định chính sách trên thế giới , kể cả Tổng thống của một số c−ờng quốc công nghiệp đã quan tâm và thúc đẩy việc phát triển Khoa học Nanô và Công nghệ Nanô (KHNN&CNNN). Nhiều chính phủ và tập đoàn kinh tế lớn đã đầu t− cho KHNN&CNNN. Nhiều công trình khoa học, nhiều bằng phát minh và sáng chế về KHNN&CNNN đã đ−ợc công bố. Nhiều sản phẩm của CNNN, đặc biệt là các loại Vật liệu Nanô (VLNN) đã xuất hiện và đang đ−ợc sử dụng ngày càng nhiều trong hầu hết các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, y tế, bảo vệ môi tr−ờng, an ninh quốc phòng và đời sống. ở Việt nam, các nhà khoa học ở một số viện nghiên cứu, tr−ờng đại học cũng đã bắt đầu tiếp cận với KHNN&CNNN trên cả hai bình diện: lý thuyết và thực nghiệm. Một vài công ty th−ơng mại ở trong n−ớc cũng đã nhập khẩu một số sản phẩm CNNN của n−ớc ngoài, Vấn đề đặt ra cho chúng ta là cần tìm hiểu xem KHNN&CNNN là gì và khoa học, công nghệ đó, hôm nay hoặc ngày mai cho chúng ta cái gì? Công nghệ đó là hiện thực không? và một điều quan trọng nữa là, chúng ta cần làm gì để tiếp cận với KHNN& CNNN? Tr−ớc hết chúng ta tìm hiểu khái niệm về KHNN&CNNN và tiến tới một định nghĩa về khoa học và công nghệ này. II. Khnn & CnNN là gì? KHNN&CNNN là một lĩnh vực khoa học và công nghệ (KH&CN) mới, hiện đại và liên ngành, có thể hiểu d−ới các góc độ chuyên môn khác nhau. Các nhà chuyên môn đã cố gắng đ−a ra nhiều cách diễn đạt ngắn và súc tích, gần với một định nghĩa: KHNN&CNNN, hiểu một cách tổng quát là khoa học và công nghệ nhằm tạo ra các vật liệu, linh kiện và hệ thống có các tính chất mới, nổi trội nhờ vào kích th−ớc nanomét (10-9 m), đồng thời điều khiển đ−ợc các tính chất và chức năng của chúng ở kích th−ớc nanô. Nhiều định nghĩa khác về KHNN&CNNN cũng thể hiện nội dung đó. Nh− vậy KHNN&CNNN là KH&CN của những kích th−ớc nhỏ, bao gồm vật liệu, linh kiện, thiết bị hoặc hệ thống. KHNN&CNNN bao gồm nhiều vấn đề của vật lý, hoá học, toán học, y-sinh học và các ngành KH&CN khác. D−ới đây bản chất và thực trạng của KHNN&CNNN sẽ đ−ợc trình bày một cách tóm tắt. Nhân tố trung tâm của KHNN&CNNN là kích th−ớc: Khi kích th−ớc giảm tới mức nanô mét thì các hiệu ứng l−ợng tử xuất hiện, nhờ vậy có thể thay đổi các 3 đặc tr−ng của vật liệu nh− mầu sắc, nhiệt độ nóng chảy, các tính chất nhiệt, từ, điện, quang mà không cần thay đổi thành phần hoá học. Điều đó dẫn tới xuất hiện các tính chất mới, các sản phẩm mới không hề có tr−ớc đây. Khi kích th−ớc giảm, tỷ số giữa bề mặt và thể tích tăng mạnh, hiệu ứng bề mặt chiếm −u thế là điều kiện lý t−ởng cho các vật liệu tổ hợp nanô (nanocomposite), các t−ơng tác hoá học, xúc tác, các vật liệu dự trữ năng l−ợng, các thuốc chữa bệnh .... thể hiện tính chất đặc thù hoặc tăng khả năng hoạt động. Đồng thời khi hiệu suất làm việc của các vật liệu cao lên thì l−ợng vật liệu sử dụng sẽ nhỏ hơn và l−ợng chất thải ít đi. Các linh kiện và hệ thống cơ - quang - điện tử nanô rất nhỏ, mật độ linh kiện cao, quãng đ−ờng hoạt động của điện tử nhỏ, tốc độ nhanh hơn và năng l−ợng tiêu hao ít hơn. Vì vậy KHNN&CNNN cũng là KH&CN thân thiện với môi tr−ờng. Cấu trúc kích th−ớc nanô là đặc điểm của cấu trúc sinh học, hơn thế nữa các cơ thể sống xây dựng cấu trúc này bằng ph−ơng pháp tự lắp ghép. Các thông tin, tín hiệu cho quá trình lắp ghép nằm trên bề mặt các cấu tử nanô. Các sản phẩm của CNNN với mật độ cao, gần với cấu trúc sinh học, vì vậy sự kết hợp giữa Công nghệ Sinh học và CNNN tạo ra các nội dung mới cho khoa học công nghệ, đấy là Sinh học Nanô. Tóm lại, VLNN với kích th−ớc từ d−ới nanô tới vài chục nanô mét có các tính chất riêng, khác hẳn với tính chất của từng nguyên tử riêng biệt và đồng thời cũng khác so với vật liệu khối. Nh− vậy có thể đ−a ra thêm một "chiều" nữa cho bảng tuần hoàn các nguyên tố: đó là số l−ợng nguyên tử N trong cấu trúc vật chất. Rất nhiều các tính chất nh− cơ học, điện, từ học, quang học, hoá học thay đổi đột biến khi số l−ợng nguyên tử N hạn chế trong phạm vi vài trăm, thậm chí vài nghìn nguyên tử. Nh− vậy, ngoài nguyên tử A và số điện tử hoá trị n, số N cũng trở thành một đại l−ợng qui định tính chất của vật chất. KHNN&CNNN hình thành trong quá trình tích luỹ các các thành tựu khoa học công nghệ: Kỹ thuật đầu dò quét nanô mà điển hình là hiển vi lực nguyên tử (AFM), hiển vi tunen (STM), hiển vi quang học tr−ờng gần (NOM), các kỹ thuật khắc điện tử, các VLNN xuất hiện vào cuối những năm 80 của Thế kỷ tr−ớc là những tiền đề quan trọng để hôm nay, ng−ời ta có thể mạnh dạn nói về một ngành KH&CN mới, hiện đại với những tính chất và chức năng ch−a từng có và thống nhất bằng kích th−ớc nanô mét. Chính tính hiện đại với các tính chất mới và tính đa ngành làm cho CNNN đ−ợc coi là một b−ớc ngoặc trong sự phát triển KH&CN hàng đầu của Thế kỷ 21 này. 4 III. Nội dung của KhNN & CNNN 3.1. Lý thuyết và mô phỏng: Đây là hai công cụ nhằm dự đoán, chỉ ra các tính chất và thiết kế các loại vật liệu và linh kiện nanô. 3.2. VLNN - các tính chất và công nghệ chế tạo: Đây là một tập hợp hết sức đa dạng các loại vật liệu kích th−ớc nanô và có các tính chất mới do hiệu ứng kích th−ớc quy định. Đấy là các vật liệu vô cơ hoặc hữu cơ, tinh thể hoặc vô định hình, đơn pha hoặc đa pha. VLNN có các tính chất và khả năng ứng dụng hết sức đa dạng nh−: ống nanô cacbon (CNT) vừa có tính chất cơ học siêu bền, vừa có các tính chất dẫn điện, dẫn quang; các chấm l−ợng tử (QDs) là một bộ phận cấu thành của transito đơn điện tử; các đầu dò nanô (nanotip); Các sợi l−ợng tử dùng để dẫn các nguyên tử; thuốc viên nanô có khả năng hấp thụ vào cơ thể cao hơn nhiều so với thuốc viên hiện nay... Các vật liệu này đ−ợc chế tạo bằng các ph−ơng pháp vật lý, hoá học và sinh học, đ−ợc phân chia thành hai nhóm công nghệ chính là Trên-Xuống (Top-Down) và D−ới-Lên (Bottom-Up). 3.3. Linh kiện và thiết bị micrô-nanô: VLNN có thể dùng trực tiếp nh− chất xúc tác, chất hấp phụ và cũng có thể là một phần cấu thành trong các linh kiện điện tử, quang tử nh− tranzito đơn điện tử (SET) chế tạo trên cơ sở chấm l−ợng tử (QDs), l−u trữ thông tin trên cơ sở hiệu ứng từ trở khổng lồ (GMR). 3.4. Các ph−ơng tiện để chế tạo và quan sát cấu trúc nanô: Việc chế tạo ra các linh kiện nanô đòi hỏi nhiều công cụ tinh vi nh−: + Kính hiển vi quang học tr−ờng gần (NOM) có độ phân giải nanô do loại trừ đ−ợc hiệu ứng giao thoa và có khả năng phân cực các nguyên tử và đã trở thành một công cụ dùng để quan sát cấu trúc nanô, đồng thời dùng để dẫn các nguyên tử trong quá trình cấy ghép nguyên tử cũng nh− dùng để thực hiện kỹ thuật khắc với độ phân giải nanô. + Kỹ thuật khắc nanô không dùng ánh sáng (Nano Lithography) cũng là một công cụ không thể thiếu để chế tạo các linh kiện điện tử - quang tử nanô. + Các công cụ quét đầu dò nanô (SPM) dựa trên các hiệu ứng lực, từ, điện, nhiệt, quang, hoá... là những công cụ cho phép quan sát và nhận biết ở qui mô d−ới nanô không chỉ hình thái vật chất mà còn thành phần, nhiệt độ, các quá trình vật lý - hoá học - hoá sinh xảy ra trong các tế bào hoặc trong các chấm l−ợng tử. IV. sản phẩm của CNNN và thị tr−ờng CNNN còn tìm đ−ợc nhiều ứng dụng rất có hiệu quả trong công nghệ hoá học, công nghệ năng l−ợng, công nghệ sinh học công nghệ xử lý môi tr−ờng. 5 Đây là một lĩnh vực công nghệ mới, đ−ợc hầu hết các n−ớc trên thế giới xếp vào lĩnh vực KH&CN −u tiên hàng đầu. KHNN&CNNN đã và đang đ−ợc ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực nh− trong Công nghiệp Điện tử - Quang điện tử (transito một điện tử, lade chấm l−ợng tử, các bộ vi xử lý tốc độ siêu nhanh, các bộ hiển thị và các linh kiện cảm biến có cấu trúc nanô,...); trong Công nghiệp hoá học (xúc tác, chất mầu, mực in, ...); trong Công nghệ năng l−ợng (vật liệu tích trữ năng l−ợng, pin hydro, pin Li, pin mặt trời Gratzel,...); Trong Y- Sinh học và Nông nghiệp (thuốc chữa bệnh, mô nhân tạo, các ph−ơng tiện chẩn đoán, điều trị và quan sát các quá trình sinh hoá qui mô tế bào,...); Trong Hàng không - Vũ trụ - Quân sự (vật liệu siêu bền, siêu nhẹ, chịu nhiệt, chịu bức xạ, sensơ nhạy khí, sensơ sinh học, pin năng l−ợng,...); trong Công nghệ xử lý môi tr−ờng (vật liệu khử độc, VLNN xốp dùng để lọc n−ớc, lọc bụi, giảm chất thải công nghiệp và giảm tiêu hao năng l−ợng). Phân bố thị tr−ờng các sản phẩm của CNNN trong năm 2001 so với năm 1996 nh− sau (Bảng1): Bảng 1. Thị tr−ờng thế giới về vật liệu nano (triệu USD) No Loại vật liệu Năm 1996 Năm 2001 1 Gốm 5.912 8.811 2 Sơn phủ 2.103 8.811 3 Chất màu, thuốc nhuộm 568 1.137 4 Năng l−ợng mặt trời 454 795 5 Mỹ phẩm chống rám nắng da 227 284 6 Polyme và compozit - 1.023 Tổng cộng: 9.266 20.864 Nhiều sản phẩm của CNNN d−ới dạng vật liệu, linh kiện có các chức năng mới đã và đang đ−ợc ứng dụng và mang lại hiệu quả kinh tế cao. Chỉ riêng bộ nhớ từ trở khổng lồ (GMR) đ−ợc dùng thay thế các đĩa cứng truyền thống đã mang lợi nhuận nhiều chục tỉ đôla Mỹ trong vài năm gần đây. Chất xúc tác Zeolite ZSM-5 đ−ợc dùng rộng rãi trong công nghệ hoá dầu, vật liệu xốp nano MCM-41 dùng trong công nghệ xử lý môi tr−ờng cũng đã mang lại lợi ích kinh tế lớn không kém (xem giản đồ d−ới đây). Từ giản đồ có thể nhận thấy hiện tại VLNN chiếm tỉ phần ứng dụng cao nhất (40%). 6 Hình 1. Tỷ lệ các lĩnh vực ứng dụng CNNN Từ giản đồ trên có thể nhận thấy hiện tại VLNN chiếm tỉ lệ ứng dụng cao nhất (40%). Trung Quốc là một n−ớc rất quan tâm phát triển nghiên cứu và ứng dụng KHNN&CNNN. Phần các sản phẩm chế tạo từ VLNN phân theo các lĩnh vực ứng dụng tại Trung Quốc đ−ợc trình bày trên hình 2. Hình 2: Phần các sản phẩm chế tạo từ VLNN theo các lĩnh vực ứng dụng và số l−ợng các công ty sản xuất các VLNN ở Trung Quốc (thống kê năm 2004)[4] Một số dự đoán về hiệu quả kinh tế của một số lĩnh vực CNNN mang lại trong vòng 10-15 năm tới: + Ngành Điện tử: CNNN sẽ đem lại lợi nhuận hàng năm khoảng 300 tỉ USD. + Ngành d−ợc phẩm: khoảng một nửa các sản phẩm d−ợc sẽ đ−ợc sản xuất trên cơ sở CNNN đem lại lợi nhuận hàng năm khoảng 180 tỉ USD. 7 + Ngành Hoá học: Xúc tác có cấu trúc nanô đ−ợc ứng dụng trong công nghiệp dầu khí và hoá học sẽ đem lại lợi nhuận hàng năm khoảng 100 tỉ USD. + Môi tr−ờng: dự đoán nếu áp dụng CNNN ở tất cả các lĩnh vực sẽ giảm tiêu hao năng l−ợng hơn 10%, tức là tiết kiệm khoảng 100 tỉ USD hàng năm, đồng thời sẽ giảm t−ơng đ−ơng 200 triệu tấn khí cacbon đioxit phát xạ. + Riêng trong lĩnh quốc phòng, KHNN & CNNN cũng đã và đang tìm thấy những ứng dụng hết sức đa dạng: Từ những quân trang chống đạn đến các màng hình phẳng cho tới các loại băng vết th−ơng. Các VLNN đã thâm nhập vào rất nhiều lĩnh vực phục vụ quốc phòng. “Hãy thử hình dung tác động tâm lý lên tinh thần đối ph−ơng sẽ kinh khủng tới mức nào nếu nh− ng−ời lính có thể chống đ−ợc đạn bằng những chiến bào nhẹ nh− lông và có thể nhảy qua một bức t−ờng cao tới 6m nhờ năng l−ợng đã đ−ợc tích trữ ở đế giầy” - đó là lời của Thomas L. Magnanti, giáo s− thuộc Viện Công nghệ Massachusettes (MIT – Hoa Kỳ) khi mô tả những tính năng kỳ diệu của các VLNN [2]. Thực tế, quân đội Mỹ vừa mới rót thêm 50 triệu USD cho MIT – một trong những tr−ờng đại học hàng đầu của Mỹ, để thành lập một cơ sở nghiên cứu mới chuyên nghiên cứu các CNNN dùng cho quân đội với nhiệm vụ là trong vòng 5 năm tới, phải tạo ra đ−ợc trang bị cho có tính chất cách mạng cho lính Mỹ. Những mục tiêu cụ thể: ngụy trang, chống đạn, phát hiện kịp thời và bảo vệ chống lại những cuộc tấn công bằng vũ khí hoá học, sinh học. Tất cả chỉ với một trang bị nặng 2 kg thay vì 6 kg hiện nay. Các nhà nghiên cứu của MIT đã đ−a ra những ý t−ởng ứng dụng các VLNN rất độc đáo. Chẳng hạn, để chống lại sự tấn công bằng vũ khí sinh học (nh− vi trùng gây bệnh đậu mùa hoặc bệnh than…), họ đã đ−a ra ý t−ởng phủ quần áo chiến đấu của binh lính một lớp mỏng bán thấm, có những lỗ nhỏ kích th−ớc cỡ phân tử, chỉ cho phép không khí và n−ớc đi qua, còn các tác nhân hoá học hay sinh học gây độc thì bị giữ lại. Ngoài ra, còn đ−ợc gắn một dụng cụ báo động sinh học với ng−ỡng rất thấp. Nguyên lý hoạt động nh− sau: các hạt vàng kim loại có kích th−ớc nanô trong dung dịch đ−ợc liên kết với nhau bằng những chuỗi ADN đ−ợc mã hoá đặc biệt để nhận dạng ra các ADN của các tác nhân sinh học độc hại. Khi tiếp xúc với một l−ợng cực nhỏ các tác nhân sinh học lạ, ADN lập tức sẽ thay đổi cấu trúc và các tính chất quang học của các hạt nanô vàng cũng thay đổi theo, điều này sẽ làm cho màu của dụng cụ thay đổi. Thậm chí cũng có những ý t−ởng về việc sử dụng các VLNN để làm ngụy trang: các hạt nanô đ−ợc đ−a vào trong vải sẽ phản ứng với ánh sáng và tái tạo ra màu sắc của môi tr−ờng xung quanh, cho phép những ng−ời lính hoà lẫn vào quang cảnh của địa hình. 8 Để bảo vệ mắt tr−ớc các tia lade cực mạnh, ng−ời ta đ−a ra ý t−ởng: các con quay có kích th−ớc phân tử quay liên tục theo ba chiều có thể chặn đ−ợc các tia lade c−ờng độ cao. Khi đ−ợc lắp trên kính bảo vệ, những con quay này có thể cứu những ng−ời lính khỏi bị mù d−ới tác dụng của súng lade. Ngoài chuyện có thể cung cấp thuốc men theo yêu cầu, những thiết bị cực nhỏ lắp trong các quân phục, khi tiếp xúc với máu, có khả năng làm cho các ống nanô thay đổi cả về hình dạng lẫn kích th−ớc. Những ống này sẽ co lại tạo ra áp lực lên vết th−ơng. Còn nếu ng−ời lính bị gãy x−ơng thì lớp lót của áo (hoặc quần) sẽ hoá rắn giống nh− là bó bột, tạm thời cố định x−ơng gãy tr−ớc khi ng−ời lính đ−ợc chuyển đến khu vực điều trị. D−ới đây là những ứng dụng cụ thể của VLNN đã đ−ợc đ−a vào thực tiễn: + Các tủ kính, kính kỵ n−ớc, tự làm sạch dùng trong các ngành xây dựng, chế tạo ôtô, máy bay, và các ph−ơng tiện giao thông khác, v.v... đ−ợc phủ các hạt titan oxit nanô có khả năng chống bám dính n−ớc, chống mốc, diệt khuẩn nhờ hiệu ứng quang điện hoá; + Màn hình phẳng, mỏng, nhẹ, kích th−ớc lớn, có độ nét cao và độ sáng cao, chế tạo từ ống nanô cacbon đang đ−ợc nhiều hãng nổi tiếng trên thế giới nh− Motorola (Mỹ), Mitshubishi (Nhật Bản), Samsung (Hàn Quốc) hoàn thiện để sản xuất hàng loạt và đ−a ra bán trên thị tr−ờng trong một vài năm tới. Theo thông báo của Hãng Môtorola, trong vài năm tới hãng sẽ bán màn hình phẳng ống nanô cacbon 44 inch, chiều dày chỉ có 3,3 mm và với giá thành xuất x−ởng dự kiến d−ới 400 USD (Hình 3); Hình 3: Màn hình siêu phẳng 42 inch có chiều dày 3,3 mm do hãng Motorola (Mỹ) chế tạo từ ống nanô với giá sản xuất dự kiến d−ới 400 USD [3] + Đặc biệt lĩnh vực nano-composit trên cơ sở nano-clay, ống nanô cacbon, bột nanô oxit (TiO2, SiO2, ZnO, SrO2…), bột nanô kim loại, có nhiều tính năng đặc biệt, đã và đang đ−ợc nghiên cứu, sản xuất ngày càng rộng rãi ở trên thế giới. VLNN composit sử dụng trong một số lĩnh vực chuyên dụng nh− các chi tiết máy tự bôi trơn (Hình 3), các dụng cụ thể thao cao cấp. Ví dụ, một hãng sản 9 xuất của Bỉ đã chế tạo khung xe đạp đua siêu cứng, siêu nhẹ từ vật liệu composit ống nanô cacbon. Xe đạp có khung với trọng l−ợng d−ới 1 kg đã đ−ợc đ−a vào sử dụng tại cuộc đua xe đạp quốc tế vòng quanh n−ớc Pháp năm 2005 (Hình 4); Hình4: VLNN composit và một số ứng dụng trong máy bay (mỡ bôi trơn, các chi tiết tự bôi trơn) [4] Hình5: Khung xe đạp chế tạo từ VLNN composit (ống nanô cacbon) siêu cứng, siêu nhẹ (trọng l−ợng khung <1Kg) [3] + Cao su có pha trộn các VLNN sẽ có các tính năng cơ lý đặc biệt, đ−ợc sử dụng trong các thiết bị đặc chủng và thiết bị quân sự nh− bạc tự bôi trơn, cao su dẫn điện, cao su hấp thụ sóng rađa và nhiều ứng dụng mới khác…Một ví dụ điển hình về cao su nanô đ−ợc chế tạo từ cao su thiên nhiên tổ hợp với ống nanô cacbon có các tính chất cơ lý hơn hẳn so với cao su thông th−ờng đã đ−ợc nghiên cứu chế tạo tại Viện Khoa học Vật liệu phối hợp với Viện Hoá học thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt nam. Loại cao su “nanô” này đã đ−ợc sử dụng để chế tạo các bạc tự bôi trơn trong máy bơm n−ớc taị nhà máy bơm Hải D−ơng (Hình 6 và Bảng 2) [2,5]. Bảng 2: Các tính chất cơ- lý cao su tự nhiên + ống nanô cacbon đ−ợc chế tạo theo ph−ơng pháp cán trộn cơ học(mẫu 2-3) và ph−ơng pháp hỗn hợp (mẫu 4) No Các thông số đo Mẫu 0 Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 1 Độ cứng (ShoreA) 42 54 53 53 56 2 Khối l−ợng riêng(g/cm3) 0,995 1,019 1,016 1,015 1,016 3 Độ bền kéo đứt (N/cm2) 21,03 47,6 64,15 79,62 89.62 4 Độ dãn dài khi đứt(%) 293,6 226,4 298,4 341,8 384 5 Độ mài mòn Akron (g/l, 61km) 4,5 2,4 1,7 1,3 1,12 6 Độ chịu nhiệt (0C) 200 350 350 350 355 10 Hình 6: Máy bơm n−ớc sử dụng bạc cao su nanô sản xuất tại nhà máy bơm n−ớc Hải D−ơng [5]. + Quần áo chứa các hạt, sợi nanô để bảo vệ cho các phân tử bông không hấp thụ n−ớc, không bị các vết bẩn và không bị biến dạng, không bị nhàu (Hình 6). Hình 7: vải may mặc chứa VLNN [6] Hình 8: VLNN trong bảo quản bia [7] + Các sản phẩm nh− bộ lọc, bình đựng sửa, băng cứu th−ơng,.. đ−ợc tẩm phủ VLNN bạc có khả năng lọc khí độc hại, diệt vi trùng, bảo quản thực phẩm tốt hơn và làm giảm sự viêm nhiễm các vết th−ơng (Hình 7 - 9). Hình 9: VLNN Ag trong bảo quản sữa [8] 11 + Nguồn tích trữ năng l−ợng: Nhiều phòng thí nghiệm đang nghiên cứu chế tạo bộ nguồn cho điện thoại di động hoạt động100 ngày lên tục giữa hai lần nạp, nguồn năng l−ợng cho ô tô sạch, thân môi tr−ờng (chạy đ−ợc 5000-8000 dặm) nhờ dùng các ống nanô, các sợi graphit nanô để tích trữ hydro với khả năng chứa 30l hydro/1g VLNN (Hình 10, 11). Hình 10: Máy phát hyđro sử dụng ống nanô cacbon vách đơn (Physical Review Letters Volume 95, 23-11, 2005).[9] Hình11: Nghiên cứu tích trữ Hyđro nhằm mục đích dùng làm nguồn năng l−ợng sạch cho ôtô [9] + Hợp kim nanô Nhờ sự phát triển nhanh của CNNN, vật liệu siêu dẻo chế tạo từ các bột kim loại nanô đã đạt đ−ợc độ dẻo kỷ lục (có thể đạt đến 5100% đối với băng đồng (Cu) chế tạo từ bột đồng nanô (Hình 12), hợp kim nhôm (Al) nanô siêu dẻo (hình 13). Hợp kim titan nanô siêu cứng (Bảng 3), chịu mài mòn cao. Các loại hợp kim này b−ớc đầu đã tìm đ−ợc chỗ đứng trong một số lĩnh vực ứng dụng đặc biệt (Hình 14,15) Hình 12: Băng đồng (Cu) chế tạo từ bột đồng nanô, có độ độ dẻo đạt đến 5100%. [4] Hình 13: Hợp kim nhôm nanô siêu dẻo 1420 và ứng dụng [10] 12 Bảng 3: So sánh tính chất cơ học của titan (Ti) khối và Ti nanô BT1-0 [10] Tính chất cơ học N Cấu trúc σõ, Mpa σ02, Mpa δ, % ψ, % σ-1 Mpa Np 1 Ti khối 460 400 27 60 255 4211 2 Ti nanô 820 800 15 60 460 34504* 17504** Hình 14: Các chi tiết cơ khí chế tạo từ kim loại Al nanô và Ti nanô BT1-0 [10] II I III Hình 15: Một số dụng cụ dùng trong phẫu thuật chế tạo từ vật liệu Ti nanô [10] + Thiết bị ghi nhiệt và nhìn đêm sử dụng đầu thu hồng ngoại giếng l−ợng tử và chấm l−ợng tử (Hình 16) 13 Hình16: Thiết bị ghi nhiệt và nhìn đêm sử dụng thu hồng ngoại chấm l−ợng tử [11] Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích do CNNN đem đến cho con n