TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ
KHOA VẬT LÝ-ENIVL
BÀI TIỂU LUẬN
Đề tài:
VẬT LIỆU NANO-BƯỚC ĐỔI NGOẠN MỤC VÀ ỨNG
DỤNG TRONG KỸ THUẬT HIỆN NAY
Giáo viên hướng dẫn: Hồ Nhật Phong
Sinh viên thực hiện : Lê Xuân Dũng
Lớp : Val de Loire 1 K4
Huế. 6/2013
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Khái quát chung về lĩnh vực nghiên cứu.
Vài năm gần đây, công nghệ nano được đề cập thường xuyên trên các
phương tiện truyền thông đại chúng, đem lại hứa hẹn và tiềm năng
phát triển mới của nhân loại. Ngành công nghệ này cũng mang tới cho
con người một nguồn tri thức vô cùng phong phú, cho ra đời nhiều sản
phẩm quan trọng với chất lượng tốt hơn, giá thành rẻ hơn trước nhiều
lần như dược phẩm, mỹ phẩm, hóa chất, tơ sợi, con chip vi tính, màn
hình, máy bán dẫn, dụng cụ y tế,… Hiện nay, nhiều nước trên thế giới
đang tăng tốc trong cuộc chạy đua phát triển và ứng dụng công nghệ
nano.
Ắt hẳn trong chúng ta, ai cũng nghe đến từ nano, và cũng hiểu được
rằng khoa học-công nghệ nano là ngành khoa học công nghệ nghiên
cứu đặc tính của những vật liệu cực nhỏ, để thao tác ghép chồng các
vật này lại, tạo ra những vật thể lớn hơn. Người ta gọi đây là phương
pháp “từ dưới lên”, xây dựng từ vật nhỏ đến vật to và to hơn nữa.
Công nghệ nano là công nghệ xử lý vật chất ở mức nanomet, liên quan
đến chế tạo vật liệu, chế tạo linh kiện, điều khiển, làm giảm kích thước
linh kiện nhằm tăng độ chính xác của linh kiện, tính đa năng của sản
phẩm.
Chữ nano trong tiếng Hy Lạp đứng trước các đơn vị đo chuyên tạo ra

LIỆU”. Đây cũng chính là lý do tôi chọn đề tại này nhằm giới thiệu
cho các bạn một cách tổng quan về vật liệu nano, tạo hứng thú trong
học tập và nghiên cứu các loại vật liệu. Trong quá trình nghiên cứu và
soạn thảo ắt hẳn không tránh khỏi những sai sót, mong quý bạn đọc
thông cảm và góp ý.
II. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1. Vai trò và vị trí của đề tài
Nano là một loại vật liệu vô cùng quan trọng và có nhiều lợi ích, vì
vậy học tập và nghiên cứu loại vật liệu này rất cần thiết và có thể
nói đây là một lĩnh vực có tầm cỡ quốc gia, và nâng tầm quốc tế.
Các quốc gia như Mỹ, các nước ở Tây Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc,
Trung Quốc,… đều coi công nghệ nano là lĩnh vực ưu tiên hàng
đầu của mình. Đến giờ, khoa học công nghệ nano phát triển rất
rộng lớn. So với các loại vật liệu truyền thống khác thì nano là loại
vật liệu mới, nhưng lại được quan tâm, chú trọng phát triển, và các
quốc gia đã đầu tư hàng tỉ đô la cho nghiên cứu và phát triển loại
vật liệu này. Như vậy chúng ta có thể thấy được nano đóng một vai
trò lớn lao và có vị trí đặc biệt đối với mỗi quốc gia nói riêng và
toàn thế giới nói chung.
Hiện nay, số sản phẩm ứng dụng kỹ thuật nano đang tiêu thụ trên
toàn cầu lên tới 600 loại, trong đó có những sản phẩm mà con
người đang sử dụng hằng ngày. Đó là như ống nano carbon (rắn
gấp 100 lần, song nhẹ hơn 6 lần so với thép) trong các vợt tennis,
khung xe đạp, sơn tường, kem chống nắng, máy nghe nhạc ipod,
sơn ôtô hoặc các ống thông y học,… Chỉ riêng năm 2008, doanh
thu của các sản phẩm công nghệ nano trên toàn thế giới lên tới
166,6 tỉ USD. Điều này cho thấy, thị trường nano tăng trưởng với
một tốc độ rất nhanh và nó dường như đang sống cùng với con
người, trở nên một thành phần không thể thiếu.
2. Tình hình nghiên cứu chung từ trước đến nay

hội. Tuy nhiên, Chính phủ nước này đã vạch ra chiến lược phát
triển công nghệ nano, với sự góp mặt của nhiều bộ ngành khác
nhau. Năm 2003, Nhật đầu tư 1,6 tỉ USD và dẫn đầu thế giới về số
vốn đầu tư. Tiếp đến là Trung Quốc-một nền kinh tế mới nổi, đã
không bỏ qua cơ hội phát triển dựa trên tiềm năng của ngành công
nghệ nano này. Thời gian qua, Trung Quốc đã thành lập các trung
tâm nghiên cứu quốc gia, cùng các chương trình đào tạo có hệ
thống và bài bản. Tuy số vốn đầu tư chỉ bằng một nữa Mỹ nhưng số
lượng nhà nghiên cứu lại gấp đôi Mỹ. Hàn Quốc cũng là một trong
nhưng quốc gia có nhiều thành công trong việc ứng dụng công
nghên nano vào các lĩnh vực của đời sống xã hội. Một trong những
thành công đó là ứng dụng công nghệ nano vào sản phẩm tiêu
dùng. Các tập đoàn công nghệ Hàn Quốc cũng là một trong những
tập đoàn công nghệ nước ngoài đi tiên phong trong việc truyền bá
tư tưởng và công nghệ nano vào thị trường Việt Nam. Với các sản
phẩm như điều hòa, tủ lạnh, sản phẩm cho trẻ em… ứng dụng công
nghệ nano. Ngoài ra, một quốc gia khác phải nói đến là Isreal. Mặc
dù chịu nhiều sức ép chính trị và quân sự, quốc gia này cũng chú
trọng nghiên cứu công nghệ nano. Vấn đề quan trọng nhất của quốc
gia này là giải quyết các vấn đề cấp thiết của đất nước như nước và
năng lượng. Nếu như các quốc gia như Mỹ, liên minh châu Âu,
Nhật Bản, Trung Quốc có tham vọng làm chủ công nghệ nano, thì
Israel lại lợi dụng công nghệ nano để giải quyết các vấn đề sinh tồn
của đất nước.
Đối với Việt Nam, tháng 7-1997 giáo sư Nguyễn Văn Hiệu kêu gọi
các nhà vật lý Việt Nam cần phải đi ngay vào lĩnh vực mới nhất này
của khoa học thế giới và một năm sau bắt đầu có những nhà vật lý
hàng đầu của Việt Nam nghiên cứu vật lý nano. Tuy nhiên, vật lý
nano chỉ ứng dụng trực tiếp cho các thiết bị công nghệ rất cao, nên
khi nước mình chưa có những nhà máy sản xuất những thiết bị này

nhiêu, chưa nói đến việc làm ra sản phẩm đó còn tạo ra công ăn
việc làm, nâng cao trình độ nghiên cứu khoa học công nghệ trong
nước. Như vậy vật liệu nano thật quá thiết thực, quá thực tiễn
còn gì?
Thêm một ví dụ nữa là: với thuốc trừ sâu, bây giờ mình làm thế nào
phát hiện ra dư lượng của nó trên sản phẩm nông nghiệp, và cả
thuốc tăng trọng, con người ăn vào sẽ bị bèo phì. Cái này công
nghệ nano cho phép làm được. Như vậy chả phải công nghệ nano
quá kì diệu hay sao?
Khi nhắc đến nano, ắt hẳn chúng ta đều nghĩ đến những cái cao
siêu, nhưng thực sự chúng rất gần gũi với chúng ta. Một diều chúng
ta không ngờ đến nữa là: “công nghệ nano phục vụ cho người
nghèo”. Việc ứng dụng công nghệ nano sẽ đem lại lợi ích cho
người dân nghèo như chẩn đoán và điều trị bệnh, làm sạch nước,
khử muối, sản xuất năng lượng bền vững. Công nghệ nano còn tác
động tốt đến an ninh lương thực, như tăng sản lượng hoa màu, giúp
thực phẩm được bảo quản lâu hơn… Ở những nước, nơi mà tình
trạng thiếu vệ sinh và nước sạch là nguyên nhân gây ra các dịch
bệnh chết người, công nghệ nano có thể tìm ra một vài giải pháp.
Hiện nay, đã có một số cách lọc nước loại bỏ hữu hiệu các tạp chất,
rất dễ sử dụng và có thể được sản xuất tại chổ. Những cách lọc
nước này có thể sẽ hữu hiệu hơn và rẽ hơn nếu bổ sung các màng
hay phân tử nano.
III. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
1. Khái niệm chung và đặc điểm
Vật liệu nano là gì?
Vật liệu nano là vật liệu có ít nhất một chiều kích thước Nanomet.
Nó là đối tượng nghiên cứu của khoa học và công nghệ nano. Khi
người ta nói đến nano, tức là nói đến một phần tỉ của cái gì đó. Ví
dụ, một nano giây tức là 1/1.000.000.000 giây.

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.
2. Cấu tạo và tính chất
Cấu tạo và tính chất của vật liệu nano đều bắt nguồn từ cơ sở
khoa học của nó.
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. Nhưng các cấu trúc nano có ít nguyên tử hơn
thì các tính chất lượng tử thể hiện rõ ràng hơn. Ví dụ một
chấm lượng tử có thể được coi như một đại nguyên tử, nó có
các mức năng lượng giống như một nguyên tử.
• Hiệu ứng bề mặt
Khi vật liệu có kích thước nm, các số nguyên tử nằm
trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử.
Chính vì vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt, gọi tắt là
hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của
vật liệu có kích thước nanomet khác biệt so với vật liệu ở
dạng khối.
• Kích thước tới hạn
Các tính chất vật lý, hóa Các tính chất vật lý, hóa học của các
vật liệu đều có một giới hạn về kích thước. Nếu vật liệu mà
nhỏ hơn kích thước này thì tính chất của nó hoàn toàn
bị thay đổi. Người ta gọi đó là kích thước tới hạn. Vật
liệu nano có tính chất đặc biệt là do kích thước của nó có
thể so sánh được với kích thước tới hạn của các tính chất của
vật liệu. Ví dụ: điện trở của một kim loại tuân theo định
luật Ohm ở kích thước vĩ mô mà ta thấy hàng ngày. Nếu

phòng thì được gọi là biến dạng nguội. Kết quả thu được là các vật
liệu nano một chiều (dây nano) hoặc hai chiều (lớp có chiều dày
nm). Ngoài ra, hiện nay người ta thường dùng các phương pháp
quang khắc để tạo ra các cấu trúc nano phức tạp.
Phương pháp từ dưới lên
Nguyên lý: hình thành vật liệu nano từ các nguyên tử hoặc ion.
Phương pháp từ dưới lên được phát triển rất mạnh mẽ vì tính linh
động và chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Phần lớn các vật liệu
nano mà chúng ta dùng hiện nay được chế tạo từ phương pháp này.
Phương pháp từ dưới lên có thể là phương pháp vật lý, hóa học
hoặc kết hợp cả hai phương pháp hóa-lý.
Phương pháp vật lý: là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử
hoặc chuyển pha. Nguyên tử để hình thành vật liệu nano được tạo
ra từ phương pháp vật lý: bốc bay nhiệt (đốt, phún xạ, phóng điện
hồ quang). Phương pháp chuyển pha: vật liệu được nung nóng rồi
cho nguội với tốc độ nhanh để thu được trạng thái vô định hình, xử
lý nhiệt để xảy ra chuyển pha vô định hình - tinh thể (kết tinh)
(phương pháp nguội nhanh). Phương pháp vật lý thường được dùng
để tạo các hạt nano, màng nano, ví dụ: ổ cứng máy tính.
Phương pháp hóa học: là phương pháp tạo vật liệu nano từ các ion.
Phương pháp hóa học có đặc điểm là rất đa dạng vì tùy thuộc vào
vật liệu cụ thể mà người ta phải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù
hợp. Tuy nhiên, chúng ta vẫn có thể phân loại các phương pháp hóa
học thành hai loại: hình thành vật liệu nano từ pha lỏng (phương
pháp kết tủa, sol-gel, ) và từ pha khí (nhiệt phân, ). Phương pháp
này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột
nano,
Phương pháp kết hợp: là phương pháp tạo vật liệu nano dựa trên
các nguyên tắc vật lý và hóa học như: điện phân, ngưng tụ từ pha
khí, Phương pháp này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống

dụng cụ chế tạo và thường khó có thể đạt được hạt có kích
thước nhỏ. Phương pháp này thường được dùng để tạo vật
liệu không phải là hữu cơ như là kim loại.
• Phương pháp bốc bay
Gồm các phương pháp quang khắc (lithography), bốc bay
trong chân không (vacuum deposition) vật lí, hóa học. Các
phương pháp này áp dụng hiệu quả để chế tạo màng mỏng
hoặc lớp bao phủ bề mặt tuy vậy người ta cũng có thể dùng
nó để chế tạo hạt nano bằng cách cạo vật liệu từ đế. Tuy
nhiên phương pháp này không hiệu quả lắm để có thể chế tạo
ở quy mô thương mại.
• Phương pháp hình thành từ pha khí (gas-phase)
Gồm các phương pháp nhiệt phân (flame pyrolysis), nổ điện
(electro-explosion), đốt laser (laser ablation), bốc bay nhiệt
độ cao, plasma. Nguyên tắc của các phương pháp này là hình
thành vật liệu nano từ pha khí. Nhiệt phân là phương pháp có
từ rất lâu, được dùng để tạo các vật liệu đơn giản như carbon,
silicon. Phương pháp đốt laser thì có thể tạo được nhiều loại
vật liệu nhưng lại chỉ giới hạn trong phòng thí nghiệm vì hiệu
suất của chúng thấp. Phương pháp plasma một chiều và xoay
chiều có thể dùng để tạo rất nhiều vật liệu khác nhau nhưng
lại không thích hợp để tạo vật liệu hữu cơ vì nhiệt độ của nó
có thể đến 9000 C.
Phương pháp hình thành từ pha khí dùng chủ yếu để tạo lồng
carbon (fullerene) hoặc ống carbon, rất nhiều các công ty
dùng phương pháp này để chế tạo mang tính thương mại.
4. Lĩnh vực và khả năng ứng dụng, triển khai trong đời sống hay
kỹ thuật.
“Trợ thủ” đắc lực cho công nghiệp thực phẩm
Thực phẩm là mặt hàng đặc biệt, bởi nó liên quan mật thiết đến đời

xuất ra hàng loạt thiết bị cho ngành sản xuất xe hơi, máy bay và tàu
vũ trụ.
Trong y học: Robot nano đi vào cơ thể để chữa bệnh
Các nhà khoa học về lĩnh vực nano đang hi vọng tạo ra một thế hệ
robot thu nhỏ mà có thể chinh phục được mọi thách thức của cuộc
sống. Robot nano có thể dùng để chiến đấu chống virus, vi trùng.
Chúng có thể đảm nhiệm là một nhà phẫu thuật hoàn hảo, được huy
động để thực hiện kiểm soát hệ mao mạch và tiêu diệt các tế bào
gây bệnh. Lợi ích chính của loại robot trong y học này là có thể
phát hiện những dị dạng của tế bào và sửa chữa nó. Tuy nhiên, các
nhà khoa học dự tính con người phải mất 25 năm nữa mới có thể
triển khai những ứng dụng này.
Các nhà khoa học Mỹ cũng đang chế tạo ra các phòng thí nghiệm
siêu nhỏ mà có thể nằm gọn trong lòng bàn tay nhờ công nghệ
nano. Những phòng thí nghiệm này có thể cho ngay những kết quả
phân tích ở mọi bệnh tật, từ tiểu đường cho tới HIV.
Trong công nghệ dược phẩm và hóa sinh, ứng dụng công nghệ
nano, người ta có thể bào chế ra nhiều loại thuốc trên cơ sở cấu trúc
nano để có thể tập trung chính xác vào khu vực cơ thể cần dùng đến
thuốc.
Đặc biệt, công nghệ nano trong tương lai còn có thể cho phép tạo ra
những vật chất gần giống với cơ thể con người nhằm dùng thay thế
những cơ thể bị hỏng của con người.
Năng lượng: Pin nano-năng lượng sạch và rẻ
Nhờ công nghệ nano, những loại pin mới có khả năng quang hợp
nhân tạo sẽ giúp con người sản xuất năng lượng sạch. Với công
nghệ nano, người ta cũng có thể chế tạo ra những thiết bị ít tiêu tốn
năng lượng hơn do sử dụng những loại vật liệu nhỏ nhẹ hơn.
Hơn nữa, các màng nano (với chi phí sản xuất rất thấp) hứa hẹn có
thể hấp thụ được nhiều năng lượng mặt trời hơn quang điện hiện

được nhiều người ưa chuộng.
Nó mang những ưu điểm tốt hơn nhiều so với các loại vật liệu
khác. Tùy theo mục đích của sản phẩm muốn chế tạo mà nó có
những tính chất phù hợp với sản phẩm đó. Ví như nếu nhúng
vào nước ngay cả một chiếc áo mưa tốt nhất thì hai tháng sau
cũng bị ngấm nước. Nhưng chất liệu chống nước mới của các
nhà hóa học Thụy Sĩ trải qua hai tháng thử nghiệm vẫn nguyên
vẹn như khi nó mới được ngấm nước ngày đầu tiên. Một ví dụ
thưc tế nữa là: ông Martha Parks, chủ cửa hàng thời trang cao
cấp Soho cho nữ giới, New York, nói: “Tôi từng là một người
sung bái tuyệt đối các loại vãi lụa, vãi lanh, vãi cotton, len và
cashmere, tôi từng cho rằng đó là những gì tốt nhất con người có
thể có, và giờ thì điều đó không còn đúng nữa”. Ông cho rằng,
chất liệu tổng hợp tạo ra nhiều lựa chọn cho các kiểu dáng thiết
kế mới hơn là những chất liệu sợi truyền thống. Hiện nay thời
trang nano đang là xu hướng thời thượng.
Như vậy, qua những ví dụ trên ta cũng thấy được nó có rất nhiều
ưu điểm, chính điều này làm cho nó trở nên được chú ý và đáng
để chúng ta quan tâm đến.
b. Nhược điểm
Tranh cãi về vi khuẩn nano
Gần đây, các nhà khoa học đã phát hiện ra bằng chứng mới về vi
khuẩn tí hon hay vi khuẩn nano, những lại vi khuẩn này thực sự tồn
tại và có thể gây ra nhiều bệnh nan y cho con người.
Song, trong giới khoa học vẫn còn nhiều tranh cãi về việc liệu có sự
tồn tại của vi khuẩn nano? Một số chuyên gia cho rằng, vi khuẩn
nano là một dạng sống mới, gây nhiều căn bệnh như vôi hóa động
mạch ở người cao tuổi. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu khác lại cho
rằng, những loại vi khuẩn này quá nhỏ nên không thể coi là sinh vật
sống. Cuối cùng, sạu 4 năm nghiên cứu, các bác sĩ tại bệnh viện

• Hạt nano Titan Dioxit có thể gây hại cho môi trường. Hạt này
tồn tại trong các loại sơn được sử dụng ngày càng rộng rãi.
Kết quả nghiên cứu độc tính cho thấy sau khi tiếp xúc với
nano Titan Dioxxit, phổi con người có thể xuất hiện triệu
chứng viêm. Hạt nano Titan Dioxit dễ hòa tan trong nước
uống, nước sinh hoạt, gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng
đến sức khỏe con người.
• Hạt nano bạc có thể gây hại cho môi trường. Hạt này đang
được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Nghiên cứu cho
thấy, mặc dù tồn tại rất ít trong môi trường cũng có thể gây
tổn thương cho động vật thủy sinh không xương sống.
• Ống nano cacbon có thể gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe
con người. Ống này là vật liệu cần thiết trong công nghiệp và
thí nghiệm. Khi hít phải chúng, sẽ gây độc cho cơ bắp, tế bào
Bất lợi cho sức khỏe?
Ưu điểm của công nghệ nano đồng thời cũng là hạn chế của nó. Vật
chất ở cấp độ nanomet có những biến đổi lớn về đặc tính hóa lý
cũng như những tính chất điện tử và từ trường. Các vật dụng nano
có tỉ lệ nguyên tử trên bè mặt cao hơn rất nhiều so với các vật dụng
thông thường. Điều đó tạo nên những đặc tính mới cho vật chất.
Tuy nhiên một điều đáng sợ là các phân tử này có thể vượt qua
những hàng rào bảo vệ vốn được xem là không thể lọt qua như các
màng phế nang, mao mạch, thậm chí là màng nhau thai để xâm
nhập sâu vào cơ thể. Các phân tử nano độc hại khác còn có thể đột
nhập qua đường hô hấp và theo máu, phân tán khắp cơ thể.
Nhiều nghiên cứu cho thấy, sẽ có những phản ứng đặc biệt khi con
người tiếp xúc với các phân tử nano. Phản ứng ở mức độ tế bào và
mô có thể sẽ rất nguy hiểm khi họ hít, ăn hoặc bị các phân tử nano
xâm nhập qua da. Khi vật liệu nano đi vào cơ thể con người,các đặc
trưng hóa học, hoạt tính sinh học, thành phần hóa học được sản sinh

%87+nano/index.aspx
http://tailieu.vn/xem-tai-lieu/tim-hieu-ve-vat-lieu-nano.480519.html
http://www.baomoi.com/Vat-lieu-Nano-trong-cong-nghiep-dien-tu-
nang-luong-va-moi-truong/53/6063645.epi
http://www.scribd.com/doc/75228468/V%E1%BA%ADt-li%E1%BB
%87u-Nano
http://www.scribd.com/doc/118742705/Vat-Lieu-Nano-Ch0-2012