Vật liệu nano là gì? ứng dụng trong cuộc sống

Vật liệu nano là vật liệu được sản xuất bằng công nghệ nano, một trong những đột phá của thế kỷ 21 và được sử dụng rộng rãi hiện nay. Vậy vật liệu Nano là gì? Hãy cùng Đông Á tìm hiểu trong bài viết sau đây nhé.

1. Tổng quan về vật liệu nano là gì?

Vật liệu nano là những vật liệu có kích thước từ 1 đến 100 nanomet với cấu trúc đa dạng. Chúng có thể ở dạng sợi, hạt, ống hoặc tấm mỏng. Từ thế kỷ thứ 10, con người đã phát hiện ra hạt nano và chế tạo được nhiều loại vật liệu nano mặc dù hiểu biết của họ về chúng vẫn còn hạn chế. Những vật liệu này tồn tại ở nhiều dạng khác nhau, từ lỏng, rắn và thậm chí là khí.

Tên gọi của từng loại vật liệu này thường thể hiện cả cấu trúc và hình dạng của chúng, ví dụ như vật liệu nano hai chiều (dạng màng mỏng), vật liệu nano một chiều (ống nano, dây nano) và vật liệu nano. nano (ở dạng vật liệu hỗn hợp hoặc hợp chất nano), nano composite

Vật liệu nano là những vật liệu có kích thước từ 1 đến 100 nanomet với cấu trúc đa dạng

2. Tính chất và đặc tính của vật liệu nano

Vật liệu nano có những tính chất, đặc tính đặc biệt so với các vật liệu thông thường. Nhờ khả năng kiểm soát các thuộc tính của mình, con người đã mở ra cánh cửa cho việc chế tạo những vật liệu, công nghệ tiên tiến với nhiều ứng dụng khác nhau trong đời sống.

2.1 Đặc điểm cấu trúc

Cấu trúc của vật liệu này được mô tả ở hai khía cạnh: cấu trúc hình học và cấu trúc tinh thể.

Cấu trúc hình học rất đa dạng: hình nhánh, hình que, hình cầu phẳng và nhiều hình dạng khác

Cấu trúc tinh thể: có cấu trúc tương tự các vật liệu thông thường silicon, kim cương hoặc có cấu trúc phi tinh thể như chấm lượng tử, ống nano

2.2 Thuộc tính

Tính chất vật lý của loại vật liệu này còn phụ thuộc vào thành phần và phân loại tương ứng. Ví dụ, vật liệu nano kim loại có tính dẫn điện tốt và từ tính mạnh hơn các kim loại thông thường có cùng thành phần.

Vật liệu này còn ổn định, có thể tương tác với các chất khác và có khả năng phản ứng hóa học.

Việc nghiên cứu, tìm hiểu về tính chất, đặc điểm cấu trúc của loại vật liệu này có ý nghĩa quan trọng để tạo ra các loại vật liệu mới ứng dụng trong các công nghệ hiện đại.

Vật liệu nano có những tính chất, đặc tính đặc biệt so với vật liệu thông thường

2.3 Phân loại

Dựa vào hình dáng của chất liệu người ta phân loại chất liệu này thành 3 loại sau

Vật liệu không chiều: Cả ba chiều của vật liệu đều có kích thước nano, không có kích thước tự do cho các electron. (ví dụ: hạt nano, cụm nano,…)

Vật liệu một chiều: Hai chiều của vật liệu có kích thước nano, các electron tự do trong một chiều của vật liệu (ví dụ: ống nano, dây nano)

Vật liệu hai chiều: Một chiều của vật liệu có kích thước nano, các electron tự do trong hai chiều của vật liệu (ví dụ: màng mỏng)

Ngoài ra còn có các vật liệu có cấu trúc nano, nanocompozit trong đó một phần của vật liệu có kích thước nanomet hoặc ở dạng cấu trúc có cấu trúc nano không chiều, một chiều và hai chiều đan xen.

3. Tìm hiểu công nghệ vật liệu nano là gì?

Công nghệ nano là bước tiến lớn mở ra kỷ nguyên chế tạo nhiều công nghệ hiện đại trên cơ sở vật liệu nano.

3.1 Định nghĩa

Công nghệ nano là lĩnh vực khoa học chuyên thiết kế, phân tích và chế tạo các thiết bị, sản phẩm có kích thước hiển vi ở quy mô nanomet (nm), trong đó:

1m = 1.000.000.000nm.

Đây được coi là cuộc cách mạng và là tiền đề để phát triển nhiều lĩnh vực trong đời sống như sinh học, điện tử, y tế, năng lượng, bảo vệ an ninh, môi trường,…

3.2 Những cột mốc lịch sử của công nghệ nano

1959: Nhà vật lý học Richard Feynman dự đoán con người có thể sử dụng những cỗ máy nhỏ để tạo ra nhiều cỗ máy nhỏ hơn, sắp xếp vị trí các nguyên tử để tạo ra nhiều sản phẩm theo ý muốn.

1974: Nhà khoa học Nhật Bản Norio Taniguchi lần đầu tiên đặt ra thuật ngữ “công nghệ nano” để mô tả gia công chính xác.

1982: Kính hiển vi quét xuyên hầm được các nhà khoa học phát minh. Đây là công cụ quan trọng trong nghiên cứu nano, thể hiện rõ hình dạng của nguyên tử, phân tử.

1990: Hội nghị Khoa học và Công nghệ Nano Quốc tế lần thứ nhất được tổ chức tại Baltimore, Mỹ, đánh dấu sự ra đời chính thức của khoa học và công nghệ nano.

1901: Ống nano carbon được phát hiện có khối lượng bằng 1/6 khối lượng thép cùng loại nhưng bền hơn gấp 10 lần.

1998: Mã Nano được Hoa Kỳ ban hành

1999: “Cân” nhỏ nhất thế giới được sử dụng khi tiến hành thí nghiệm trên ống nano carbon được các nhà khoa học Brazil và Mỹ công bố, tạo tiền đề cho nhiều tiến bộ khoa học. Cân có thể được sử dụng để xác định trọng lượng tương đương của virus.

Từ năm 2000, công nghệ nano đã đi vào cuộc sống con người với doanh thu sản phẩm hàng năm đạt hơn 50 tỷ USD.

Ống nano cacbon

4. 4 ứng dụng của vật liệu nano

Kể tên 4 ứng dụng cụ thể của vật liệu nano trong đời sống hiện nay như sau

4.1 Năng lượng

Ngành năng lượng đạt tầm cao mới nhờ vật liệu nano. Chúng giúp cải thiện chất lượng của pin mặt trời, giúp tăng dự trữ và hiệu suất của siêu tụ điện và pin mặt trời. Đây cũng là tiền đề của việc chất siêu dẫn biến thành dây điện, dùng để vận chuyển điện tốt hơn trên quãng đường dài

4.2 Trong y học

Theo các nghiên cứu, hạt nano có thể can thiệp trực tiếp vào các phân tử và tế bào trong cơ thể con người. Người ta đã tạo ra các hạt nano sinh học giúp chẩn đoán bệnh, cung cấp thuốc tốt hơn và tiêu diệt tế bào ung thư. Đây là bước đột phá mới trong lĩnh vực y học.

Công nghệ nano trong cơ thể con người

4.3 Ngành thực phẩm và may mặc

Vật liệu nano mang lại nhiều chất dinh dưỡng và hương vị mới cho món ăn. Thực phẩm có thể được bảo quản lâu hơn bằng công nghệ nano nhờ hộp đựng thực phẩm có khả năng kháng khuẩn tốt.

Ngành may mặc đã có những bước tiến nhất định khi ứng dụng công nghệ nano. Hạt nano bạc có khả năng thu hút và tiêu diệt vi khuẩn gây mùi khó chịu trên quần áo. Đặc biệt, chất liệu này được sử dụng rất nhiều khi sản xuất quần áo thể thao vì độ bền và khả năng khử mùi, rất thích hợp cho các hoạt động thể thao lâu dài.

4.4 Điện tử, cơ khí

Vật liệu nano được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện tử. Chúng là nguyên liệu thô để chế tạo các linh kiện nano, một thế hệ máy tính nano hiệu quả hơn. Ngoài ra, chúng còn giúp tạo ra những thiết bị ghi thông tin có kích thước nhỏ được ứng dụng rộng rãi trong đời sống. Các công nghệ điện tử như điện thoại, màn hình máy tính, ô tô, tàu vũ trụ, máy bay,… đều có sự góp mặt của nano.

Vật liệu nano là nguyên liệu để chế tạo các thành phần nano

4.5 Môi trường

Các vấn đề về môi trường được xử lý gọn gàng, nhanh chóng hơn nhờ vật liệu nano. Chúng giúp làm sạch nguồn nước, xử lý chất thải và giảm ô nhiễm môi trường. Ví dụ, các hạt nano có thể được sử dụng để tạo ra chất hấp thụ giúp loại bỏ bụi bẩn và chất ô nhiễm trong nước hoặc dùng làm bộ lọc để tách các chất ô nhiễm trong không khí.

Bài viết này đã giải đáp thắc mắc của độc giả về vật liệu nano và những ứng dụng của chúng trong đời sống. Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về tài liệu đặc biệt này, hãy truy cập website Đông Á để tìm hiểu thêm