Công nghệ Nano là gì? Tiềm năng và thách thức của công nghệ Nano trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật

Công nghệ Nano xuất hiện và trở nên phổ biến đã góp phần quan trọng vào việc thúc đẩy sự phát triển toàn diện. Bằng cách tận dụng những đặc tính độc đáo của vật liệu ở mức Nano, chúng ta đã chứng kiến sự xuất hiện của nhiều ứng dụng sáng tạo. Hãy cùng cùng tìm hiểu công nghệ Nano là gì trong bài viết sau đây nhé!

Công nghệ Nano là gì?

Nano là gì?

Trước hết, chúng ta cần hiểu Nano là gì? Nano là một loại vật liệu có cấu trúc tạo thành từ hạt, sợi, ống hoặc tấm mỏng với kích thước rất nhỏ, từ khoảng 1 đến 100 Nanomet. Đặc tính kích thước nhỏ này đặc biệt quan trọng vì tạo ra những tính chất độc đáo mà vật liệu Nano mang lại, mở ra cánh cửa cho rất nhiều ứng dụng đa dạng trong các lĩnh vực công nghệ và khoa học hiện đại.

Định nghĩa công nghệ Nano

Công nghệ Nano (tiếng Anh: Nanotechnology) là một lĩnh vực khoa học kỹ thuật liên quan đến việc phân tích, thiết kế và chế tạo các sản phẩm, thiết bị có kích thước siêu nhỏ trên quy mô Nanomet (nm), trong đó, 1m = 1.000.0000.000 nm. Công nghệ Nano được coi là một cuộc cách mạng trong nhiều lĩnh vực như vật liệu, điện tử, sinh học, y tế, năng lượng, môi trường và bảo vệ an ninh. 

Những mốc quan trọng trong lịch sử công nghệ Nano

• 1959: Nhà vật lý Richard Feynman đưa ra ý tưởng về việc điều khiển chính xác các nguyên tử và phân tử trong bài giảng "There's Plenty of Room at the Bottom".
• 1974: Nhà khoa học Nhật Bản Norio Taniguchi đặt ra thuật ngữ "Nano công nghệ" trong bài báo "On the Basic Concept of Nanotechnology".
• 1981: Kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) được phát minh bởi Gerd Binnig và Heinrich Rohrer.
• 1985: Fullerene được phát hiện bởi Harold Kroto, Robert Curl và Richard Smalley.
• 1991: Ống Nano cacbon được phát hiện bởi Sumio Iijima.
• 1992: Kính hiển vi quét lực (SFM) được phát minh bởi Christopher Binnig và Calvin Quate.
• 1998: Bộ luật Nano được ban hành bởi Hoa Kỳ.

Từ những năm 2000 trở đi, công nghệ Nano đã phát triển mạnh mẽ và được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.

Vật liệu Nano là gì?

Vật liệu Nano là một loại vật liệu có cấu trúc đa dạng, có kích thước từ 1 đến 100 Nanomet. Công nghệ Nano là quá trình phân tích, thiết kế và chế tạo các chất với kích thước và hình dạng nhỏ nhất. Vật liệu Nano có thể có dạng hạt, sợi, ống hoặc tấm mỏng. Chúng tồn tại ở dạng thể rắn, lỏng hoặc khí. Có các loại vật liệu Nano không chiều (đám, hạt), một chiều (dây, ống) và hai chiều (màng mỏng). Ngoài ra, còn có các vật liệu Nano mang cấu trúc Nano và Nanocomposite. Công nghệ và ứng dụng của vật liệu Nano đã được sử dụng từ thế kỷ 10 và ngày càng phát triển trong sản xuất và đời sống hàng ngày.

Các phương pháp chế tạo ra vật liệu Nano

Sau khi bạn hiểu công nghệ Nano là gì cũng như về vật liệu Nano thì hãy cùng tìm hiểu các phương pháp chế tạo vật liệu Nano. Hiện nay, có rất nhiều phương pháp chế tạo nên vật liệu Nano nhưng phổ biến nhất là với 5 cách sau: 

Phương pháp hoá ướt (Wet chemical synthesis method)

Phương pháp hóa ướt là một phương pháp chế tạo vật liệu Nano bằng cách trộn các dung dịch chứa ion khác nhau với nhau với lượng tỉ lệ thích hợp. Các phương pháp thủy nhiệt, sol-gel và đồng kết tủa là các phương pháp thường được sử dụng trong phương pháp hóa ướt. Các vật liệu Nano được kết tủa từ dung dịch dưới tác động của nhiệt độ, độ pH và áp suất. Sau đó, các vật liệu này được lọc và sấy khô để thu được các vật liệu có kích thước Nano.

Phương pháp cơ khí Nano (Nano-mechanical method)

Phương pháp cơ khí Nano là một phương pháp chế tạo vật liệu Nano bằng cách nghiền vật liệu thành các hạt có kích thước nhỏ hơn. Phương pháp này bao gồm các phương pháp mài, nghiền và hợp kim cơ học. Trong đó, máy nghiền quay là một trong những loại máy nghiền được sử dụng phổ biến nhất.

Phương pháp bay hơi nhiệt (Thermal evaporation deposition method)

Phương pháp bay hơi nhiệt là một phương pháp chế tạo vật liệu Nano bằng cách sử dụng các phương pháp quang khắc (lithography), lắng đọng trong chân không (vacuum deposition), vật lí và hóa học. Các phương pháp này được sử dụng để chế tạo màng mỏng hoặc lớp bao phủ bề mặt. Ngoài ra, phương pháp này cũng có thể được sử dụng để tạo ra các hạt Nano bằng cách cạo vật liệu Nano từ tấm chắn.

Phương pháp pha khí (Gas-phase method)

Phương pháp pha khí là một phương pháp chế tạo vật liệu Nano bằng cách sử dụng các phương pháp như nhiệt phân, nổ điện (electro-explosion), đốt laser, bốc hơi ở nhiệt độ cao và plasma. Các phương pháp này được sử dụng để hình thành vật liệu Nano từ nguyên tắc pha khí.

Phương pháp hóa học (Chemical method)

Phương pháp hóa học là một phương pháp chế tạo vật liệu Nano bằng cách sử dụng quá trình phản ứng oxi hoá để chuyển đổi ion kim loại thành kim loại có kích thước nhỏ hơn. Sau quá trình chuyển đổi, các hạt Nano có xu hướng liên kết lại với nhau để tạo thành các cấu trúc micro có kích thước và độ liên kết bền chặt hơn. Sau quá trình phản ứng, hạt Nano kim loại được bao bọc bởi một chất bảo vệ để bảo vệ và duy trì tính chất của chúng.

Ứng dụng công nghệ Nano, vật liệu Nano trong cuộc sống

Công nghệ Nano được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực của cuộc sống, điển hình nhất phải kể đến:

• Năng lượng tái tạo: Công nghệ Nano được ứng dụng trong lĩnh vực năng lượng tái tạo và bền vững, điển hình là sản xuất pin mặt trời và pin nhiên liệu. Nhờ ứng dụng này, con người có thể tận dụng các nguồn năng lượng sạch hơn và rẻ hơn. Không chỉ vậy, sức khỏe của con người và thực trạng môi trường tự nhiên cũng được cải thiện hơn.
• Công nghiệp thực phẩm: Công nghệ Nano đang được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm để bảo quản thực phẩm và đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm. Việc sử dụng tủ lạnh phủ lớp Nano bạc bên trong và máy sục rửa thực phẩm bằng Nano bạc là một trong những ứng dụng tiêu biểu của công nghệ này. Công nghệ Nano giúp diệt khuẩn, khử trùng và bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng.
• Điện tử cơ khí: Công nghệ Nano đã đóng góp quan trọng trong lĩnh vực điện tử. Nó giúp tăng hiệu suất và giảm kích thước của các linh kiện điện tử như chip, bộ nhớ, pin, màn hình. Ngoài ra, công nghệ Nano còn cho phép tạo ra các thiết bị điện tử mới như Nanowire, Nanotube, quantum dot. Các thiết bị điện tử Nano có thể được ứng dụng rộng rãi trong viễn thông, máy tính, robot và trí tuệ nhân tạo.
• Sản xuất gốm sứ: Công nghệ Nano đang được sử dụng trong sản xuất gốm sứ để tạo ra các sản phẩm cao cấp với thiết kế thu hút người dùng. Gốm sứ Nano có tính năng chịu nhiệt, chịu ma sát tốt, chống ăn mòn và dễ vệ sinh. Nano TiO2 có khả năng diệt khuẩn tốt, độ cứng vừa phải và không dễ bong tróc, nứt vỡ như gốm thông thường.
• Y học – Sinh học: Vật liệu Nano đã được áp dụng rộng rãi trong lĩnh vực y học và sinh học. Các hạt Nano có thể xâm nhập vào cơ thể con người để can thiệp ở quy mô phân tử hoặc tế bào. Hiện nay, đã có thành công trong chế tạo hạt Nano có đặc tính sinh học, có thể được sử dụng để hỗ trợ chẩn đoán bệnh, dẫn truyền thuốc và thậm chí tiêu diệt các tế bào gây ung thư.
• Sản xuất vật liệu xây dựng: Công nghệ Nano đang được áp dụng trong sản xuất vật liệu xây dựng để tăng độ bền dẻo cho vật liệu. Trong sản xuất nhôm và vật liệu tường rèm xây dựng, các hạt Nano được thêm vào để tăng độ bền dẻo cho vật liệu. Chất dẻo Nano Composite có độ bền tương tự thép nhưng dễ gia công hơn thép. Ngoài ra, các sản phẩm xây dựng khác như mái kim loại, bức tường và gạch ốp lát cũng được trang bị các vật liệu Nano để điều chỉnh nhiệt độ, chống tĩnh điện, chống tia cực tím và chống lão hoá hiệu quả. Trong sản xuất sơn, sự kết hợp của các vật liệu Nano giúp tạo ra loại sơn có độ chống thấm tuyệt đối và giữ tính thẩm mỹ của ngôi nhà trong nhiều năm.
• Thiết bị nhà bếp – Máy lọc nước công nghệ Nano: Máy lọc nước sử dụng công nghệ Nano là một trong những giải pháp hiệu quả để loại bỏ các tạp chất, vi khuẩn và các chất độc hại khác trong nước. Công nghệ Nano được sử dụng để tạo ra các lõi lọc với kích thước siêu nhỏ, giúp loại bỏ các tạp chất như cát, rỉ sét, clo, kim loại nặng và vi khuẩn. Các máy lọc nước công nghệ Nano có khả năng loại bỏ tới 99% vi khuẩn và các chất độc hại khác, giúp nước sạch hơn và an toàn cho sức khỏe con người.
• Lĩnh vực may mặc và thực phẩm: Công nghệ Nano đã mang lại những tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực may mặc và thực phẩm. Trong ngành may mặc, việc sử dụng hạt Nano bạc đã giúp tiêu diệt vi khuẩn gây mùi trong quần áo. Đặc biệt, công nghệ Nano được áp dụng rộng rãi trong sản xuất quần áo thể thao. Trong lĩnh vực thực phẩm, công nghệ Nano đã mang đến những cải tiến đáng kể. Công nghệ Nano giúp tăng cường hương vị và chất dinh dưỡng của thực phẩm. Ngoài ra, nhờ công nghệ Nano, các vật liệu đựng thực phẩm có khả năng diệt khuẩn cao, giúp bảo quản thực phẩm lâu hơn và đảm bảo an toàn dinh dưỡng.
• Bảo vệ môi trường: Công nghệ Nano đóng vai trò quan trọng trong việc phòng ngừa và khắc phục các vấn đề môi trường như ô nhiễm không khí, nước và đất, biến đổi khí hậu, tài nguyên thiên nhiên và rác thải. Công nghệ Nano cũng giúp tạo ra các sản phẩm và quy trình thân thiện với môi trường như các vật liệu tái chế, sinh học phân hủy, các thiết bị tiết kiệm năng lượng và giảm khí thải, các phương pháp xử lý và tái sử dụng nước và đất. Công nghệ Nano đang được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vực môi trường khác nhau để giúp bảo vệ môi trường và duy trì sự cân bằng sinh thái của Trái Đất.

Những tác động tiêu cực hay nguy cơ tiềm ẩn mà công nghệ Nano và vật liệu Nano mang đến

Công nghệ Nano và vật liệu Nano, mặc dù mang lại nhiều lợi ích đáng kể, nhưng cũng có những tác động tiêu cực và nguy cơ tiềm ẩn cần được quan tâm. Một số vấn đề tiêu cực và nguy cơ bao gồm:

• Sức khỏe con người: Tiếp xúc trực tiếp với các vật liệu Nano có thể gây ra hậu quả không mong muốn cho sức khỏe, từ việc gây kích ứng da đến tác động đối với hệ thống hô hấp và hệ thần kinh.
• Môi trường: Sự tích tụ vật liệu Nano trong môi trường có thể gây ra hậu quả không lường trước được cho hệ sinh thái, ảnh hưởng đến đa dạng sinh học và chuỗi thức ăn.
• Vấn đề đạo đức và đối tượng: Có những lo ngại về việc sử dụng công nghệ Nano trong lĩnh vực quân sự hoặc trong các ứng dụng không đạo đức.
• Rủi ro an ninh thông tin: Sự phát triển của công nghệ Nano có thể gây ra rủi ro lớn đối với an ninh thông tin, đặc biệt là khi được áp dụng trong các lĩnh vực nhạy cảm như công nghệ thông tin và truyền thông. 

Tạm kết

Công nghệ Nano là một lĩnh vực khoa học kỹ thuật tiên tiến nhất hiện nay, mang theo cả những kỳ diệu và nguy hiểm. Với khả năng tạo ra vật liệu và sản phẩm có tính năng đặc biệt, công nghệ Nano đã đem lại nhiều tiện ích và tiềm năng trong các lĩnh vực như y tế, môi trường, năng lượng và điện tử.

Tuy nhiên, sự tiến bộ này cũng đi kèm với những rủi ro và thách thức. Vật liệu Nano có thể có tác động đến sức khỏe con người và môi trường nếu không được sử dụng và xử lý đúng cách. Việc quản lý an toàn và đánh giá rủi ro của công nghệ Nano là điều cần thiết để đảm bảo sự phát triển bền vững và an toàn.

Công nghệ Nano mang theo tiềm năng lớn để giải quyết các vấn đề toàn cầu, nhưng cần được tiếp cận một cách cân nhắc và có trách nhiệm. Chúng ta cần duy trì sự cân bằng giữa sự phát triển công nghệ và bảo vệ sức khỏe con người và môi trường, để công nghệ Nano thực sự trở thành một công cụ hữu ích trong việc xây dựng một tương lai bền vững.

Hãy đến FPT Shop để mua đồ công nghệ uy tín. Chúng tôi cung cấp các sản phẩm chất lượng từ các thương hiệu hàng đầu. Hãy khám phá các mẫu điện thoại iPhone bán chạy nhất tại đây.

Xem thêm:

• Bạo lực học đường là gì? Thực trạng, nguyên nhân và giải pháp phòng tránh bạo lực học đường
• Ghost là gì? Ghosting trong mối quan hệ - Sự mất tích bí ẩn trong thời đại kết nối