Công nghệ nano trong tủ lạnh, công nghệ nano trong sơn, công nghệ nano trong quần áo, thẻ nhớ, máy lọc nước,… chắc các bạn đã nghe nhiều rồi đúng không?
Rất rất nhiều các lĩnh vực trong đời sống được áp dụng công nghệ Nano, kể cả bộ giáp của Iron Man trong Vũ trụ điện ảnh Marvel, vậy thì công nghệ nano là cái gì mà lĩnh vực nào cũng áp dụng được?
Theo Wikipedia:
Nano, kí hiệu là (nm), là 1 đơn vị đo độ dài thuộc hệ đo lường quốc tế SI (The International System of Units), đi kèm với: km, hm, m, dm, cm, mm, µm, bạn có thể đổi:
1m = 1000 mm
1mm = 1000 µm
1µm = 1000 nm
=> 1m = 1 tỷ nm
Dưới Nanomet còn có Picomet (pm) và Fentomet (fm) chênh nhau 1000 lần/bậc (1 fm = 1/1.000.000 tỉ m).
1 nm lớn gấp 10 lần đường kính 1 nguyên tử hiđrô, đường kính 1 sợi tóc con người trung bình = 80,000 nm.
Với cấp độ kích thước này thì những quy luật về vật lí và hoá học chúng ta biết đến không áp dụng được hoàn toàn 100% như với các vật chất nano (màu sắc, độ bền, độ dẫn điện, mức độ phản ứng hoá học,…).
Chắc ở VN chúng ta nghe rất nhiều về các ống Carbon, nó nhẹ = 1/6 thép nhưng bền chắc gấp 10 lần thép, thật đáng kinh ngạc thưa các bạn!
Các bạn xem hình sau để biết nano mét dùng để đo những vật nhỏ bé đến thế nào:
#2. Khái niệm “công nghệ nano”
Theo Wikipedia:
Ban đầu công nghệ nano/Nanotechnology được định nghĩa đối với các nghiên cứu những thứ siêu nhỏ ở quy mô từ siêu nguyên tử cho đến nguyên tử (công nghệ nano phân tử), sau này định nghĩa về công nghệ nano được mở rộng về vấn đề kích thước là đối với những vật chất cỡ từ 1 đến 100 nano mét để áp dụng vào mọi lĩnh vực trong nghiên cứu công nghệ, chế tạo sản phẩm công nghiệp vĩ mô,… thì người ta gọi đó là công nghệ Nano.
Chip điện thoại hay máy tính có chứa các bóng bán dẫn (semiconductor) có kích thước chỉ khoảng 5->7nm, do đó có thể nói rằng con chip đó đã được chế tạo trên công nghệ Nano.
Một ví dụ cụ thể khác như công nghệ chế tạo sợi carbon/sợi thủy tinh (có đường kính chỉ vài nm) cũng được xem là một dạng công-nghệ-nano.
Công nghệ Nano có tính chất vô cùng ưu việt mà công nghệ với những vật chất kích thước lớn (kích thước vĩ mô) sẽ không bao giờ có được, đó là:
+ Tính chất lượng tử
+ Hiệu ứng bề mặt
+ “Kích thước tới hạn”
+ Kích thước siêu nhỏ
Mình xin phép chỉ giải thích sơ về “Kích thước siêu nhỏ” để tránh phức tạp hoá bài viết (các bạn có thể chủ động đọc tài liệu về 3 tính chất còn lại).
Ví dụ đơn giản đối với CPU: cùng là 1 con chip chứa từng ấy bóng bán dẫn -> có khả năng xử lý được số lượng phép tính nhất định, nhưng nếu kích thước bóng bán dẫn càng nhỏ thì ta có thể “nhồi” được nhiều bóng hơn trên 1 con chip -> xử lý được nhiều chức năng hơn/hiệu năng tính toán cao hơn!
Với những tính chất này, các nhà khoa học đã nghiên cứu và ứng dụng mang đến hàng ngàn lợi ích cho con người. Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu một số trong những ứng dụng rất cơ bản như sau:
+ Đầu tiên, với kích thước siêu nhỏ, ví dụ như trong ngành Y thì các nhà khoa học đã dùng các hạt “nano vàng” để chui vào các khối u và sau đó định vị bằng máy quét và chiếu tia laze vào các hạt vàng đó -> tăng nhiệt độ -> tiêu diệt khối u.
Tiếp đến là ứng dụng “màng bọc nano” giúp tăng thời gian bảo quản thuốc, cũng như đơn giản hoá điều kiện bảo quản chúng, vì khi đưa thuốc đến những khu vực hẻo lánh hay các nước nghèo thì công tác bảo quản tủ lạnh/duy trì độ ẩm,… là điều rất xa xỉ.
Đáng kể hơn thì các nhà khoa học đang chế tạo 1 con robot có kích thước bé hơn cả tế bào hồng cầu nhằm mục đích đưa thuốc điều trị đến những vị trí mà thiết bị thông thường không thể đi vào.
+ Thứ hai là ứng dụng của hiệu ứng bề mặt: Chắc bạn không quên một ứng dụng cực kỳ phổ biến của công nghệ nano đó là diệt khuẩn khử mùi, dù là trong máy lọc nước, trong tủ lạnh hay trong quần áo, chức năng chống mùi hôi/vi khuẩn gây bệnh đều có 1 nhân tố chủ chốt.
Đó là các hạt nano mà ở đây là các hạt bạc Ag+ sẽ đi vào sâu trong tế bào của các vi khuẩn.
Dựa vào hiệu ứng bề mặt, các hạt nano bạc này sẽ ngăn chặn sự hô hấp của các loại vi khuẩn, đồng thời gây ảnh hưởng đến các enzim và ADN của vi khuẩn dẫn đến vi khuẩn không tự sao chép/nhân bản được, thế là quần áo/đồ ăn của chúng ta sẽ sạch hơn và không nặng mùi nữa.
+ Thứ ba là các ứng dụng lấy cảm hứng từ thiên nhiên: ta thấy rằng trên bề mặt lá sen có nhiều sợi lông nhỏ làm những giọt nước không thể bám vào bề mặt, do vậy lá sen không hề bị thấm nước.
Dựa vào tính chất này nên người ta đã chế tạo ra các loại vải chống nước, các loại sơn không bám dính. Có thể bạn đã xem các clip tiktok khi mà người ta hắt bùn vào áo thun thì lập tức bùn đất không thấm vào mà trôi tuột xuống đất, cái áo vẫn trắng tinh đúng không?
Hoặc khi nghiên cứu chân của thằn lằn (thạch sùng): nó có một lớp lông siêu siêu nhỏ ở bàn chân giúp tạo ra hiệu ứng hút chân không, nhờ vậy nó có thể leo tường dễ dàng.
Có thể sau này chúng ta sẽ có một bộ quần áo không bám bụi, không dính vi khuẩn gây bệnh, không hôi, không thấm nước,… các fan “The Lazy Song” của Bruno Mars sẽ rất hào hứng khi chẳng cần phải mất công giặt quần áo nữa.
Và trong tương lai, chắc các vạch kẻ giao thông sẽ phải sơn lên tường nữa, bởi nhiều khả năng với công nghệ nano cho ra khả năng bám dính như thằn lằn thì mỗi lần tắc đường người ta sẽ bò được lên tường để đi, như siêu anh hùng Spider Man của Marvel MCU ^^!
Hẹn gặp lại các bạn trong bài sau bàn về những mặt trái của vật liệu nano và những viễn cảnh mà giới tội phạm sử dụng nó để huỷ hoại loài người!
