Tài liệu: Công nghệ nano

Cấu trúc của ống nanô cácbon có chiều ngang bằng 1,4 nm - một dạng thù hình của các-bon, thể hiện rất nhiều tính chất khác thường Công nghệ nano, đọc là công nghệ nanô, (tiếng Anh: nanotechnology) là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hìnhdáng, kích thước trên quy mô nanômét (nm, 1 nm = 10-9 m). ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tài liệu: Công nghệ nano Công nghệ nanoCấu trúc của ống nanô cácbon cóchiều ngang bằng 1,4 nm - mộtdạng thù hình của các-bon, thể hiệnrất nhiều tính chất khác thườngCông nghệ nano, đọc là công nghệnanô, (tiếng Anh: nanotechnology)là ngành công nghệ liên quan đếnviệc thiết kế, phân tích, chế tạo vàứng dụng các cấu trúc, thiết bị vàhệ thống bằng việc điều khiển hìnhdáng, kích thước trên quymô nanômét (nm, 1 nm = 10-9 m).Ranh giới giữa công nghệ nanovà khoa học nano đôi khi không rõràng, tuy nhiên chúng đều có chungđối tượng là vật liệu nano. Côngnghệ nano bao gồm các vấn đềchính sau đây: Cơ sở khoa học nano Phương pháp quan sát và can thiệp ở qui mô nm Chế tạo vật liệu nano Ứng dụng vật liệu nanoPhân loại vật liệu nanoVật liệu nano là vật liệu trong đó ítnhất một chiều có kích thước nanomét. Về trạng thái của vật liệu,người ta phân chia thành ba trạngthái, rắn, lỏng vàkhí. Vật liệu nanođược tập trung nghiên cứu hiệnnay, chủ yếu là vật liệu rắn, sau đómới đến chất lỏng và khí. Về hìnhdáng vật liệu, người ta phân rathành các loại sau: 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,... Ngoài ra còn có 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.Hướng ứng dụng chungCác cấu trúc nano có tiềm năng ứngdụng làm thành phần chủ chốttrong những dụng cụ thông tin kỹthuật có những chức năng mà truớckia chưa có. Chúng có thể đuợc lắpráp trong những vật liệu trung tâmcho điện từ và quang. Những vi cấutrúc này là một trạng thái độc nhấtcủa vật chất có những hứa hẹn đặcbiệt cho những sản phẩm mới và rấthữu dụng.Nhờ vào kích thuớc nhỏ, những cấutrúc nano có thể đóng gói chặt lạivà do đó làm tăng tỉ trọng gói(packing density). Tỉ trọng gói caocó nhiều lợi điểm: tốc độ xử lý dữliệu và khả năng chứa thông tin giatăng. Tỉ trọng gói cao là nguyênnhân cho những tương tác điện vàtừ phức tạp giữa những vi cấu trúckế cận nhau. Đối với nhiều vi cấutrúc, đặc biệt là những phân tử hữucơ lớn, những khác biệt nhỏ vềnăng lượng giữa những cấu hìnhkhác nhau có thể tạo được các thayđổi đáng kể từ những tương tác đó.Vì vậy mà chúng có nhiều tiềmnăng cho việc điều chế những vấtliệu với tỉ trọng cao và tỉ số củadiện tích bề mặt trên thể tích cao,chẳng hạn như bộ nhớ (memory).Những phức tạp này hoàn toànchưa đuợc khám phá và việc xâydựng những kỹ thuật dựa vàonhững vi cấu trúc đòi hỏi sự hiểubiết sâu sắc khoa học căn bản tìmẩn trong chúng. Những phức tạpnày cũng mở đuờng cho sự tiếp cậnvới những hệ phi tuyến phức tạpmà chúng có thể phô bày ra nhữnglớp biểu hiện (behavior) trên cănbản khác với những lớp biểu hiệncủa cả hai cấu trúc phân tử và cấutrúc ở quy mô micrômét.Khoa học nano là một trong nhữngbiên giới của khoa học chưa đượcthám hiểm tường tận. Nó hứa hẹnnhiều phát minh kỹ thuật lý thúnhất.Các nguyên lý và hiệu ứng dùngMột trong những tính chất quantrọng của cấu trúc nano là sự phụthuộc vào kích thuớc. Vật chất khiở dạng vi thể (nano-size) có thể cónhững tính chất mà vật chất khi ởdang nguyên thể (bulk) không thểthấy đuợc.Khi kích thuớc của vật chất trở nênnhỏ tới kích thuớc nanômét,các điện tử không còn di chuyểntrong chất dẫn điện như một dòngsông, mà đặc tính cơ lượng tử củacác điện tử biểu hiện ra ở dạngsóng. Kích thuớc nhỏ dẫn đếnnhững hiện tượng lượng tử mới vàtạo cho vật chất có thêm những đặctính kỳ thú mới. Một vài hệ quả củahiệu ứng lượng tử bao gồm, chẳnghạn như: Hiệu ứng đường hầm: điện tử có thể tức thời chuyển động xuyên qua một lớp cách điện. Lợi điểm của hiệu ứng này là các vật liệu điện tử xây dựng ở kích cỡ nano không những có thể được đóng gói dầy đặc hơn trên một chíp mà còn có thể hoạt động nhanh hơn, với ít điện tử hơn và mất ít năng lượng hơn những transistor thông thường. Sự thay đổi của những tính chất của vật chất chẳng hạn như tính chất điện và tính chất quang phi tuyến (non-linear optical).Bằng cách điều chỉnh kích thuớc,vật chất ở dạng vi mô có thể trởnên khác xa với vật chất ở dạngnguyên thể.Thí dụ: Chấm lượng tử, đuợc viếttắt là QD (quantum dots). Một QDlà một hạt vật chất có kich thuớcnhỏ tới mức việc bỏ thêm hay lấyđi một điện tử sẽ làm thay đổi tínhchất của nó theo một cách hữu íchnào đó. Do sự hạn chế về khônggian (hoặc sự giam hãm) của nhữngđiện tử và lỗ trống trong vật chất(một lỗ trống hình thành do sựvắng mặt của một địên tử; một lỗtrốn ...