Cơ sở khoa học của công nghệ nano

Có ba cơ sở khoa học để nghiên cứu công nghệ nano. Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử Đối với vật liệu vĩ mô gồm rất nhiều nguyên tử, các hiệu ứng lượng tử được trung bình hóa với rất nhiều nguyên tử (1 µm3 có khoảng 1012 nguyên tử) và có thể bỏ qua các thăng giáng ngẫu nhiên.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Cơ sở khoa học của công nghệ nano Cơ sở khoa học của công nghệ nanoCó ba cơ sở khoa học để nghiêncứu công nghệ nano.Chuyển tiếp từ tính chất cổ điểnđến tính chất lượng tửĐối với vật liệu vĩ mô gồm rấtnhiều nguyên tử, các hiệu ứnglượng tử được trung bình hóa vớirất nhiều nguyên tử (1 µm3 cókhoảng 1012 nguyên tử) và có thểbỏ qua các thăng giáng ngẫu nhiên.Nhưng các cấu trúc nano có ítnguyên tử hơn thì cáctính chấtlượng tử thể hiện rõ ràng hơn. Vídụ một chấm lượng tử có thể đượccoi như một đại nguyên tử, nó cócác mức năng lượng giống như mộtnguyên tử.Hiệu ứng bề mặtKhi vật liệu có kích thước nm, cácsố nguyên tử nằm trên bề mặt sẽchiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng sốnguyên tử. Chính vì vậy các hiệuứng có liên quan đến bề mặt, gọi tắtlà hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quantrọng làm cho tính chất của vật liệucó kích thước nanomet khác biệt sovới vật liệu ở dạng khối.Kích thước tới hạnCác tính chất vật lý, hóa học củacác vật liệu đều có một giới hạn vềkích thước. Nếu vật liệu mà nhỏhơn kích thước này thì tính chấtcủa nó hoàn toàn bị thay đổi.Người ta gọi đó là kích thước tớihạn. Vật liệu nano có tính chất đặcbiệt là do kích thước của nó có thểso sánh được với kích thước tới hạncủa các tính chất của vật liệu. Vídụ điện trở của một kim loại tuântheo định luật Ohm ở kích thước vĩmô mà ta thấy hàng ngày. Nếu tagiảm kích thước của vật liệu xuốngnhỏ hơn quãng đường tự do trungbình của điện tử trong kim loại, màthường có giá trị từ vài đến vàitrăm nm, thì định luật Ohm khôngcòn đúng nữa. Lúc đó điện trở củavật có kích thước nano sẽ tuân theocác quy tắc lượng tử. Không phảibất cứ vật liệu nào có kích thướcnano đều có tính chất khác biệt mànó phụ thuộc vào tính chất mà nóđược nghiên cứu.Các tính chất khác như tính chấtđiện, tính chất từ, tính chất quangvà các tính chất hóa học khác đềucó độ dài tới hạn trong khoảng nm.Chính vì thế mà người ta gọi ngànhkhoa học và công nghệ liên quanlà khoa học nano và công nghệnano.Bảng 1: Độ dài tới hạn của một sốtính chất của vật liệu.Lĩnh Tính chất Độ dàivực tới hạn (nm) Bước sóng điện tử 10-100 Quãng đường tựTính do trung 1-100chất bình không đànđiện hồi Hiệu ứng đường 1-10 ngầm Độ dày vách 10-100Tính đômenchất từ Quãng đường tán 1-100 xạ spin Hố lượng tử 1-100Tính Độ dài suy giảm 10-100chấtquang Độ sâu bề 10-100 mặt kim loại Độ dài liên 0,1-100Tính kết cặp Coopersiêu dẫn Độ thẩm thấu 1-100 Meisner Tương tác bất 1-1000 định xứ Biên hạt 1-10Tính Bán kính khởichất cơ 1-100 động đứt vỡ Sai hỏng mầm 0,1-10 Độ nhăn bề mặt 1-10 Hình học topo bềXúc tác 1-10 mặt Độ dài Kuhn 1-100Siêu Cấu trúc nhị cấp 1-10phân tử 10- Cấu trúc tam cấp 1000Miễn Nhận biết phân tử 1-10dịch