I. TỔNG QUAN1. CÔNG NGHỆ NANO LÀ GÌ? Nói một cách đơn giản, khoa học nano là khoa học nghiên cứu vật chất ở kích thước cực kì nhỏ bé - kích thước nanomet (nm), một nanomet bằng một phần tỉ của met (m) hay bằng một phần triệu của milimet (mm). Công nghệ nano là các công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo, ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước ở quy mô nanomet (từ 1 - 100nm). Thực sự các hạt nano đã tồn tại hàng triệu năm trong thế giới tự nhiên. Từ thế kỷ thứ 10, người ta đã sử dụng hạt nano vàng để tạo ra thủy tinh, gốm sứ có màu sắc khác nhau (màu đỏ, xanh hoặc vàng tùy vào kích thước của hạt)… Nghĩa là con người đã sử dụng, chế tạo các vật liệu nano từ rất lâu, chỉ có điều chúng ta chưa biết nhiều về nó.

Bạn đang xem: Ưu điểm của vật liệu nano

2. CÔNG NGHỆ NANO XUẤT PHÁT TỪ ĐÂU? Năm 1959, khái niệm về công nghệ nano được nhà vật lý người Mỹ Richard Feynman nhắc đến khi ông đề cập tới khả năng chế tạo vật chất ở kích thước siêu nhỏ đi từ quá trình tập hợp các nguyên tử, phân tử. Những năm 1980, nhờ sự ra đời của hàng loạt các thiết bị phân tích, trong đó có kính hiển vi đầu dò quét (SEM hay TEM) có khả năng quan sát đến kích thước vài nguyên tử hay phân tử, con người có thể quan sát và hiểu rõ hơn về lĩnh vực nano.3. TẠI SAO VẬT LIỆU NANO CÓ THÍNH CHẤT THÚ VỊ? Tính chất thú vị của vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước của chúng rất nhỏ bé có thể so sánh với các kích thước tới hạn của nhiều tính chất hóa lí của vật liệu. Vật liệu nano nằm giữa tính chất lượng tử của nguyên tử và tính chất khối của vật liệu. Đối với vật liệu khối, độ dài tới hạn của các tính chất rất nhỏ so với độ lớn của vật liệu, nhưng đối với vật liệu nano thì điều đó không đúng nên các tính chất khác lạ bắt đầu từ nguyên nhân này.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO? Các vật liệu nano có thể được chế tạo bằng bốn phương pháp phổ biến, mỗi phương pháp đều có những điểm mạnh và điểm yếu, một số phương pháp có thể được áp dụng với một số vật liệu tùy thuộc vào yêu cầu vật liệu, điều kiện trang bị phòng thí nghiệm…a. Phương pháp hóa ướt (wet chemical methods)
Phương pháp hóa ướt gồm có phương pháp thủy nhiệt, sol-gel, và đồng kết tủa. Theo phương pháp này, các dung dịch chứa ion khác nhau được trộn với nhau theo một tỷ phần thích hợp, dưới tác động của nhiệt độ, áp suất, điều kiện p
H… mà các vật liệu nano được kết tủa từ dung dịch. Sau các quá trình lọc, sấy khô, ta thu được các vật liệu có kích thước nano. Ưu điểm của phương pháp hóa ướt là các vật liệu có thể chế tạo được rất đa dạng, chúng có thể là vật liệu vô cơ, hữu cơ, kim loại. Đặc điểm của phương pháp này là rẻ tiền và có thể chế tạo được một khối lượng lớn vật liệu nhưng nó cũng có nhược điểm là các hợp chất có liên kết với phân tử nước có thể là một khó khăn, phương pháp sol-gel thì không có hiệu suất cao, sản phẩm không đồng nhất.b. Phương pháp cơ học (Nano-Mechanical Method)
Bao gồm các phương pháp tán, nghiền, hợp kim cơ học. Theo phương pháp này, vật liệu ở dạng bột được nghiền đến kích thước nhỏ hơn. Ngày nay, các máy nghiền thường dùng là máy nghiền kiểu hành tinh hay máy nghiền quay. Phương pháp cơ học có ưu điểm là đơn giản, dụng cụ chế tạo không đắt tiền và có thể chế tạo với một lượng lớn vật liệu. Tuy nhiên, nó lại có nhược điểm là các hạt bị kết tụ với nhau, phân bố kích thước hạt không đồng nhất, dễ bị nhiễm bẩn từ các 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.c. Phương pháp bốc bay nhiệt (thermal evaporation method) 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 trong chế tạo màng mỏng hoặc lớp bao phủ bề mặt, người ta cũng có thể dùng nó để chế tạo hạt nano bằng cách cạo vật liệu nano từ tấm chắn. Tuy nhiên, phương pháp này không hiệu quả lắm để có thể chế tạo vật liệu ở quy mô thương mại.d. Phương pháp hình thành từ pha khí (gas-phase method) Gồm các phương pháp nhiệt phân (flame pyrolysis), nổ điện (electro-explosion), đốt laser (laser ablation method), 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 9000o
C. Các vật liệu nano được chế tạo tại khoa Hóa hiện nay thường sử dụng là phương pháp hóa ướt (wet chemical methods) bao gồm phương pháp thủy nhiệt, sol-gel, và đồng kết tủa. Theo phương pháp này, các dung dịch chứa ion khác nhau được trộn với nhau theo một tỷ phần thích hợp, dưới tác động của nhiệt độ, áp suất, điều kiện p
H… Đặc điểm của phương pháp này là rẻ tiền và có thể chế tạo được một khối lượng lớn vật liệu.II. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NANO Công nghệ nano cho phép thao tác và sử dụng vật liệu ở tầm phân tử, làm tăng và tạo ra tính chất đặc biệt của vật liệu, giảm kích thước của các thiết bị, hệ thống đến kích thước cực nhỏ. Công nghệ nano giúp thay thế những hóa chất, vật liệu và quy trình sản xuất truyền thống gây ô nhiễm bằng một quy trình mới gọn nhẹ, tiết kiệm năng lượng, giảm tác động đến môi trường. Công nghệ nano được xem là cuộc cách mạng công nghiệp, thúc đẩy sự phát triển trong mọi lĩnh vực đặc biệt là y sinh học, năng lượng, môi trường, công nghệ thông tin, quân sự… và tác động đến toàn xã hội. Trong y sinh học: các hạt nano được xem như là các robot nano thâm nhập vào cơ thể giúp con người có thể can thiệp ở qui mô phân tử hay tế bào. Hiện nay, con người đã chế tạo ra hạt nano có đặc tính sinh học có thể dùng để hỗ trợ chẩn đoán bệnh, dẫn truyền thuốc, tiêu diệt các tế bào ung thư… Năng lượng: nâng cao chất lượng của pin năng lượng mặt trời, tăng tính hiệu quả và dự trữ của pin và siêu tụ điện, tạo ra chất siêu dẫn làm dây dẫn điện để vận chuyển điện đường dài… Điện tử - cơ khí: chế tạo các linh kiện điện tử nano có tốc độ xử lý cực nhanh, chế tạo các thế hệ máy tính nano, sử dụng vật liệu nano để làm các thiết bị ghi thông tin cực nhỏ, màn hình máy tính, điện thoại, tạo ra các vật liệu nano siêu nhẹ - siêu bền sản xuất các thiết bị xe hơi, máy bay, tàu vũ trụ… Môi trường: chế tạo ra màng lọc nano lọc được các phân tử gây ô nhiễm; các chất hấp phụ, xúc tác nano dùng để xử lý chất thải nhanh chóng và hoàn toàn…

Ngày nay các sản phẩm được ứng dụng công nghệ nano ngày càng nhiều. Thậm chí đây còn được mệnh danh là giải pháp hoàn hảo giúp chúng ta giải quyết được các vấn đề về môi trường hay sức khỏe…

Vậy thực chất công nghệ nano là gì? và chúng có những ứng dụng như thế nào trong các sản phẩm của vatlieudep.com?

Công nghệ nano là gì?

Công nghệ nano là lĩnh vực nghiên cứu đổi mới sáng tạo có liên quan đến việc phát triển vật liệu và thiết bị bằng những nguyên tử và phân tử siêu nhỏ.

*

Trong đó nano là loại hạt phân tử siêu nhỏ không thể nhìn thấy được bằng mắt thường. Tuy nhiên, chúng ta hoàn toàn có thể nhìn thấy chúng thông qua kính các kính hiển vi chuyên dụng.

Xem thêm: Khái niệm về vật liệu gỗ xây dựng, gỗ nguyên liệu là gì

Ước tính trung bình, một sợi tóc sợi tóc sẽ có đường kính khoảng 80.000 nanomet. Và với quy mô đó chúng ta sẽ không thể áp dụng được các nguyên tắc vật lý, hóa học khi ứng dụng công nghệ nano.

Những ưu điểm của vật liệu nano

Vật liệu nano có thể tồn tại ở nhiều dạng khác nhau: Rắn, lỏng và cả ở thể khí với nhiều ưu điểm như sau:

Khả năng cách nhiệt, chống thấm tốt.Cách bảo quản đơn giản, giá thành sản xuất thấp.Đa dạng về màu sắc độ bền màu rất cao.Đem lại bề mặt rất mịn, khả năng chống bong tróc, chống trầy xước tốt.Đa dạng bề mặt như trơn bóng, chải xước, nhám hạt hoặc mờ mịn,…Dễ vệ sinh, bền với các loại acid, không bị hoen gỉ hay oxi hóa.Ít gây hại môi trường, sức khỏe

Ứng dụng của vật liệu nano trong đời sống

Làm vách ngăn

*

Với công dụng mỏng nhẹ, cách nhiệt, chống thấm tốt vật liệu nano được sử dụng rất nhiều trong việc sản xuất các loại cửa như cửa sổ, cửa kính.

Các vật liệu này thông thường sẽ được phủ bên ngoài làm tăng tính thẩm mỹ, khả năng sáng bóng, chống bám bẩn, bám vân tay,…

Sử dụng cho các loại màn hình

Bên cạnh đó vật liệu nano cũng được xem là sự tích hợp hoàn hảo dành cho các loại kính. Bởi khi thêm vật liệu hạt nano vào kính sẽ có tính dẻo tốt, tăng cường độ đồng thời cản được cả tia tử ngoại và bức xạ ở bước sóng ngắn mà khả năng xuyên sáng không bị ảnh hưởng.

Do đó các sản phẩm mặt kính nano hiện nay đều được thay thế mặt kính truyền thống hoặc kính mạ trắng.

*

Sáng tạo trong gốm sứ

Chế tác gốm sứ thêm hạt nano tạo cường độ cũng như tính dẻo cao hơn cho thành phẩm gấp nhiều lần gốm sứ truyền thống. Bên cạnh đó khả năng chịu nhiệt, chịu ma sát, chống trầy xước, ăn mòn đều được tăng, trong khi ấy chúng lại chỉ nhẹ bằng 2/5 sắt thép.

Chính vì thế hiện nay nó đã và đang ngày càng được ứng dụng nhiều ở ngành công nghiệp làm gốm ở nhiều nước, trong đó có Việt Nam. Chưa dừng lại ở đó các loại gốm sứ kết cấu nano và kính vi tinh thể nano còn có thể thay thế đá tự nhiên khi sản xuất tường màn xây dựng.

*

Cải tiến vật liệu xây dựng

Không chỉ các vật liệu kính hay gốm sứ, mà nhôm khi kết hợp với hạt nano cũng đều được tăng cường độ và tính dẻo lên đến hai lần. Đặc biệt chúng còn là công nghệ quan trọng được các doanh nghiệp sử dụng để sản xuất tấm nhôm và vật liệu nhôm tường màn nhằm nâng cao tính năng sản phẩm.

Độ dẻo phức hợp của nano với nhôm tương đương thép. Mà chúng có ưu điểm vượt trội hơn là dễ gia công và có khả năng chống tĩnh điện, cản tia tử ngoại, khó bị lão hóa,…

*

Khai thác cho công trình xây dựng

Thời gian gần đây mái nhà bằng kim loại ngày càng trở nên phổ biến và được yêu thích bởi độ bền đẹp theo thời gian. Và bí quyết đế có được các sản phẩm chất lượng không thể không nhắc đến cách ứng dụng khai thác mái nhà bằng kim loại phủ thêm lớp vật liệu nano.

Từ đó gia tăng khả năng điều chỉnh nhiệt độ cân bằng môi trường trong nhà giúp bạn cảm thấy mát vào mùa hè và ấm vào mùa đông. 

*

Ngoài các ứng dụng trên vật liệu nano còn được sử dụng làm bề mặt bệ bếp giúp chống bám bẩn ngăn chặn vi khuẩn nấm mốc sinh sôi, phát triển. Hay một ứng dụng khác là cho gạch men phòng tắm hỗ trợ phòng ngừa tình trạng đóng váng của bọt xà phòng… 

Hy vọng rằng với những chia sẻ trên của vatlieudep.com sẽ giúp bạn hiểu hơn về vật liệu nano và những ưu điểm nổi bật của chúng!