Công nghê Nanô ? ppt
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.02 MB, 32 trang )
Công nghê Nanô ?
Kích thước
Định nghĩa
“Công nghệ nano là một ngành khoa học - kỹ thuật ở quy
mô nguyên tử và phân tử - kích thước nanômét
National Nanotechnology Initiative, 2007
Nanô mét
1 m = 10
9
nm
1 nm = 10
-9
m
DNA
~2-1/2 nm
Tự nhiên
Tự nhiên
Tro, tàn thuốc
~ 10-20 µm
Nguyên tử Si
Khoảng cách ~nm
Sợi tóc
~ 60 – 120 µm wide
Tề bào
bạch cầu
~ 2-5 μm
Kiến
~ 5mm
Con ve
200 µm
ATP synthase
~10 nm
diameter
O O
O
OO
O OO O OO OO
O
S
O
S
O
S
O
S
O
S
O
S
O
S
O
S
P
O
O
21
st
Century
Challenge
Combine nanoscale
building blocks to make
novel functional
devices, e.g., a
photosynthetic reaction
center with integral
semiconductor storage
The Microworld
0.1 nm
1 nanometer (nm)
0.01 mm
10 nm
0.1 mm
100 nm
1 micrometer
(mm)
0.01 mm
10 mm
0.1 mm
100 mm
1 millimeter
(mm)
1 cm
10 mm
10
-2
m
10
-3
m
10
-4
m
10
-5
m
10
-6
m
10
-7
m
10
-8
m
10
-9
m
10
-10
m
Visible
The Nanoworld
1,000 nanometers =
InfraredUltraviolet
Microwave
Soft x-ray
1,000,000 nanometers =
Nhân tạo
Nhân tạo
Thiết bị MEMS
10 -100 µm
Tế bào hồng cầu
Phấn hoa
Đầu đinh
1-2 mm
Thành lượng tử (48 ntử Cu phân bố trên bề mặt
của 1 mũi dò STM (đường kính 14 nm)
Ống Nanô 10x nm
(điện cực)
ống Carbon
~1.3 nm
Ống nanô (transistor)
Office of Basic Energy Sciences
Office of Science, U.S. DOE
Version 03-05-02
Kích thước
Lịch sử nghiên cứu
Ý tưởng về công nghệ nano được đề
xuất vào 29/12/1959 do nhà vật lý
Richard Feynman: tất cả mọi thứ đều
được cấu tạo nên từ các phần tử có
kích thước rất nhỏ là các nguyên tử và
phân tử.
Richard Feynman.
Tắc kè: Nanô?
/>Sợi nanô ở các ngón giúp tắc kè bám chặt
“Hiệu ứng lá sen” – không dính ướt?
Bề mặt cấu trúc nanô !
Lịch sử nghiên cứu
•
1981 các nhà khoa học của IBM ở Zurich
(Thụy Sĩ) lần đầu tiên đã phát minh ra kính
hiển vi điện tử quét xuyên ngầm (scanning
tunnelling microscope - STM): cho phép quan
sát được từng đơn nguyên tử
•
Năm 1990 các nhà khoa học của IBM đã tìm
ra cách sử dụng STM để di chuyển từng
nguyên tử Xe (xenon) trên bề mặt niken
di chuyển 35 nguyên tử Xe
tạo ra IBM trên bề mặt Ni
Fe trên đế Cu
Ảnh chụp STM
Lịch sử nghiên cứu
•
Giải Nobel Hóa học được trao năm
1996 cho 3 nhà khoa học Harold Kroto,
Robert Curl và Richard Smalley cho
phát minh Carbon 60 được tìm ra
1985.
•
Đến năm 1991, ống nanô Carbon 60
đã được tạo ra và biết đến nhờ tính
siêu nhỏ - siêu cứng – siêu nhẹ: nhẹ
hơn 6 lần nhưng độ cứng gấp 100 lần
so với thép!!!
A “Buckyball.”
A “Carbon Nanotube”
Hạt nanô
“Ôtô Nano”
(Rice University)
Các sản phẩm từ công nghệ nanô
Source:
Chấm lượng tử
Nanô carbon
Hạt nanô huỳnh
quang
Các sản phẩm ứng dụng công nghệ Nanô
Vải sợi
Mỹ phẩm, chăm sóc sức khỏe
Thực phẩm
Năng lượng
Linh kiện
Thiết bị
Thuốc – dược phẩm
Hàng tiêu dùng
Quốc phòng
An ninh
Quân đội
Công nghệ Nanô
Chăm sóc sức khỏe Lương thực, mỹ phẩm
Môi trường
Vũ trụ
Quốc phòng/an ninh
Hàng tiêu dùng
Công nghệ Nanô và đời sống
Kinh tế
Giáo dục
Ứng dụng: hàng không, an ninh, quốc phòng
Vật liệu siêu nhẹ - siêu cứng có chứa
nanô Carbon được sử dụng chế tạo
vỏ máy bay
-
Quần áo tư trang nhẹ, chống đạn,
chống cháy, có thể thay đổi mầu sắc
theo môi trường, tàng hình…
-
Cảm biến sinh học được tích hợp bên
trong có khả năng phát hiện nhanh và
chính xác các loại vũ khí không nhìn
thấy như hóa học, sinh học…
Cảm biến sinh học
Ứng dụng: công nghệ vũ trụ, vệ tinh
Đề xuất gần đây về thang máy dùng trong
vũ trụ (nhẹ, cứng, bền) sử dụng các ống
nanô carbon phục vụ các nghiên cứu không
gian
•
Thiết kế các chuỗi sinh học theo
các trình tự quá trình sinh học tự
nhiên
•
Sửa chữa sai hỏng và lắp ráp các
chuỗi phần tử sinh học, gien,…
•
Chuẩn đoán và điều trị bệnh
Ứng dụng: y sinh
•
Ngành điện tử nanô kết hợp với ngành
sinh học, hóa học, vật lý, kỹ thuật, và
khoa học máy tính để tạo ra các con chip
máy tính (nanochips), nanomotors, … gắn
với cơ thể người có sự liên hệ với hệ thần
kinh
•
Công nghệ nano chế tạo ra các máy tính
siêu nhỏ tiết kiệm năng lượng
Ứng dụng: ngành điện tử
Ứng dụng: ngành năng lượng
Chế tạo vật liệu nanô có khả năng hấp thụ
và lưu trữ nguồn năng lượng mặt trời và
chuyển đổi thành năng lượng điện (pin mặt
trời).
Công ngh m i, v t li u m i t o ra ngu n ệ ớ ậ ệ ớ ạ ồ
năng l ng s ch nh s d ng Hyđrô đ ượ ạ ư ử ụ ể
cung c p cho các pin nhiên li uấ ệ
Nội dung môn học
•
Công nghệ nanô
•
Vật liệu nanô
•
Phương pháp nghiên cứu và quan sát các cấu
trúc nanô
•
Phương pháp chế tạo vật liệu nano
•
Ứng dụng vật liệu nano
Vật liệu Nanô ?
Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất
một chiều có kích thước nano mét (< 100 nm)
a- chu i h t nanôổ ạ
b- băng nanô
c- dây nanô
d- ch m nanô ấ
e- ti p xúc nanôế
f- ng nanô ố
g- ch m lõm nanô h- ấ
b c thang nanôậ
j- xuy n nanô ế
k- màng m ng ch t o ỏ ế ạ
theo khuôn
Phân loại vật liệu Nanô theo hình dạng
Phân loại vật liệu nanô theo số chiều
•
Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano, không còn chiều
tự do nào cho điện tử), ví dụ, đám nano, hạt nano
•
Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano, điện tử
được tự do trên một chiều (hai chiều cầm tù), ví dụ, dây nano, ống nano,
•
Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, hai chiều
tự do, ví dụ, màng mỏng,
•
Vật liệu nano ba chiều là vật liệu dạng khối được cấu tạo từ các hạt nanô tinh thể
•
Vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có một phần của vật liệu
có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều, một chiều, hai chiều
đan xen lẫn nhau.
Phân loại vật liệu nanô theo số chiều
0 chiều
1 chiều
2 chiều
dạng hạt
màng mỏng
cấu trúc dị thể
hạt nanô mọc trên cấu trúc cột
dây nanô
màng ghi từ
hình kim
màng mỏng
đa lớp
Một số ví dụ vật liệu nanô theo số chiều
