Nano - công nghệ siêu nhỏ. Vậy Nano là gì? và vì sao công nghệ Nano có thể sánh ngang tầm với công nghệ thông tin và công nghệ sinh học?
Công nghệ Nano (Nanotechnology), hay còn gọi là sản xuất phân tử, là một ngành khoa học kỹ thuật liên quan tới thiết kế và sản xuất các mạch điện tử và thiết bị cực nhỏ ở cấp độ phân tử của vật thể. Viện công nghệ Nano Anh quốc (Institute of Nanotechnology) định nghĩa Nano là “một ngành khoa học và công nghệ mà ở đó các kích thước từ 0,1nm (Nanomét) tới 100nm đóng vai trò chủ đạo”. Nanomét là đơn vị đo lường vũ trụ bằng 1 phần tỷ mét. Công nghệ Nano thường đi đôi với các hệ thống vi cơ điện MEMS (micro-electromechanical systems). Các hệ thống này thường sử dụng công nghệ Nano nhưng có thể bao gồm cả các công nghệ khác ở cấp độ cao hơn phân tử.
Chương trình Nano quốc gia của Mỹ NNI định nghĩa công nghệ Nano phải bao hàm:
- Nghiên cứu và phát triển công nghệ ở cấp độ phân tử hoặc vi phân, với kích thước khoảng 1 - 100 nm.
- Tạo ra và sử dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống có các đặc tính và chức năng mới do kích thước cực nhỏ.
- Có khả năng kiểm soát và thao tác ở cấp độ nguyên tử.
Hiện nay, nghiên cứu ADN có kích thước 2,5 Nanomét trong khi hồng cầu có kích thước khoảng 2,5 micromét. Chẳng hạn Nanotube, nguồn điện tích xạ trường phong phú, một dạng mới của carbon, được Sumio Iijima tìm ra năm 1991 và được công bố năm 1995.
Việc đưa các nghiên cứu về công nghệ Nano vào sản xuất hàng loạt vẫn còn nhiều hạn chế, tuy nhiên một số sản phẩm đã nhanh chóng tiếp cận thị trường và đã có những ảnh hưởng nhất định. Năm 2000, tức là 9 năm sau, đèn jumbotron được tung ra thị trường, một loại đèn trên cơ sở Nanotube sử dụng các hạt điện tích xạ trường để bắn phá phốt pho. Đến nay, đèn được sử dụng ở nhiều sân vận động. Có thể thấy tốc độ phát triển của công nghệ này nhanh hơn trước rất nhiều khi biết rằng 23 năm là khoảng thời gian từ khi các thuộc tính bán dẫn của germanium được mô hình hóa cho đến khi sản phẩm đầu tiên, radio bán dẫn, ra đời.
Việc khám phá ra một dạng năng lượng mới ở cấp độ Nano, C60, hay còn gọi là buckyball đã đem lại cho Robert F. Curl Jr., Sir Harold W. Kroto, và Richard E. Smalley giải Nobel Hóa học 1996, mở đầu cho làn sóng nghiên cứu các đặc tính mới của C60 cũng như các vật liệu ở cấp độ Nano khác. Khoa học Nano được tạo thuận lợi bởi những tiến bộ về các thiết bị hiển vi. Giải Nobel 1986 về Vật lý đã được trao cho 3 nhà phát minh trong lĩnh vực này là Ernst Ruska, Gerd Binnig và Heinrich Rohrer. kính hiển vi quét sử dụng hiệu ứng đường ngầm STM (scanning tunneling microscope) là một trong những công cụ cho phép các nhà khoa học không những có thể quan sát mà còn thao tác được trên các hạt, các nguyên tử và tiểu phân tử ở cấp độ Nano. Khi công nghệ Nano vẫn còn trong giai đoạn thử nghiệm thì các hạt kích thước Nano đã được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp. Vật liệu kích thước Nano được sử dụng trong các ngành điện tử, sinh dược, mỹ phẩm, năng lượng, ứng dụng vật liệu và xúc tác… Các sản phẩm đem lại nhiều lợi nhuận nhất từ các hạt Nano là đánh bóng cơ hóa, băng từ, xúc tác tự động, sợi quang học… Các vật liệu Nano, có thể ở dạng bột hoặc dạng lỏng, thường được kết hợp với các vật liệu khác để tăng cường thêm các chức năng cho sản phẩm.
Các ứng dụng trong ngành điện tử bao gồm: ổ cứng máy tính, bộ nhớ từ, cảm ứng, máy dò quặng và la bàn. Như đã biết, chỉ có thể gắn các thành phần vào một chip bán dẫn ở một giới hạn nhất định. Thông thường, các vi mạch được khắc lên chíp bằng cách dùng axít bóc đi một diện tích nhỏ. Tuy nhiên, trên lý thuyết, có thể tạo ra chíp từ từng nguyên tử, giúp cho thiết bị có kích thước nhỏ hơn rất nhiều so với công nghệ khắc axít. Phương pháp này sẽ không tạo ra bất kỳ một nguyên tử nào không cần thiết. Dây dẫn điện công nghệ Nano (Nanowire) có thể chỉ dày 1 nguyên tử. Một cổng logic chỉ cần vài nguyên tử. Một bit dữ liệu có thể được biểu hiện bằng sự có mặt hay không có mặt của một điện tích (electron) đơn lẻ.
Công nghệ Nano hứa hẹn tạo ra thế hệ máy tính và thiết bị viễn thông mạnh hơn bao giờ hết. Tuy nhiên, đáng quan tâm nhất và cũng chứa đựng nhiều nguy cơ nhất là những ứng dụng trong nghiên cứu dược. Các Nanorobot (robot cực nhỏ) có thể được sử dụng như những kháng thể được lập trình. Khi các vi khuẩn và vi rút gây bệnh liên tục biến đổi để lẩn tránh thuốc, các Nanorobot sẽ được lập trình lại để lựa tìm và tiêu diệt chúng. Một loại Nanorobot khác có khả năng tách rời và tiêu diệt tế bào ung thư.
Nanorobot là những máy cực nhỏ được thiết kế nhằm thực hiện những nhiệm vụ chuyên biệt hoặc lặp đi lặp lại với độ chính xác gần như tuyệt đối. Nanorobot cũng giống như các dạng robot khác được chia làm 2 loại: (1) robot tự động (autonomous) mang một máy tính Nano điều khiển nó và cho phép nó hoạt động độc lập; (2) robot bọ (insect) là những robot đồng nhất thuộc một nhóm robot được kiểm soát bởi một máy tính trung tâm.
Nanorobot có lợi ích đặc biệt trong ngành y. Một nhóm robot bọ có khả năng tự bắt chước (self-replication) có thể hoạt động như một loại vắc xin phòng chống bệnh tật. Các robot này thậm chí còn có tác dụng như những kháng thể hay tác nhân diệt vi rút trong người bệnh bị suy giảm miễn dịch hay đối với các loại bệnh không biểu hiện trước các công cụ kiểm tra truyền thống. Nanorobot có thể tìm kiếm và tiêu diệt các loại vi khuẩn, vi rút. Nanorobot còn có khả năng ứng dụng trong quy trình lắp ráp các hệ thống tí hon và vô cùng phức tạp. Chúng có thể hoạt động ở cấp độ nguyên tử để tạo ra các thiết bị hay các vi mạch.
Ưu thế quan trọng của Nanorobot là đòi hỏi rất ít năng lượng khi hoạt động. Bên cạnh đó, Nanorobot có thể duy trì hoạt động hàng chục năm hay thậm chí hàng thế kỷ. Các hệ thống ở kích thước Nano còn hoạt động nhanh hơn rất nhiều các hệ thống lớn hơn nhờ sự dịch chuyển nhỏ cho phép các hiện tượng cơ và điện xảy ra trong thời gian ngắn hơn với tốc độ tuyệt đối.
Lưu trữ sử dụng công nghệ Nano là giải pháp tăng triệt để khả năng lưu trữ thông qua nhiều công nghệ và từ đó thay thế các phương tiện lưu trữ hiện nay bằng các thiết bị và phương tiện có mật độ cực cao. Đang trong giai đoạn phát triển, ứng dụng công nghệ Nano này sử dụng nhiều phương thức, bao gồm cả công nghệ quang học. Dự án Millipede của IBM đã tạo ra một mẫu thiết bị lưu trữ Nano có thể viết và đọc dữ liệu giống như một chuỗi các dấu viết tay trên một tấm phim nhựa.
Dư án nghiên cứu “Millipede” của IBM năm 2002 đã chứng minh khả năng lưu trữ 25 triệu trang sách (25 đĩa DVD) vào trong một diện tích chỉ nhỏ bằng con tem. Thay cho việc sử dụng các thiết bị từ hay điện tử để lưu trữ dữ liệu, Millipede sử dụng hàng ngàn mũi kim có kích thước Nano để dập các dấu lõm biểu hiện cho các bit dữ liệu lên một tấm phim nhựa mỏng. Công nghệ này có thể coi là sự thu nhỏ ở cấp độ Nano của công nghệ thẻ dập (punch card) đã được phát minh từ hơn 110 năm trước. Tuy nhiên Millipede có hai điểm khác biệt: (1) cho phép ghi lại (re-writable); (2) có thể lưu trữ hơn 3 triệu bit dữ liệu trong một diện tích chỉ bằng 1 lỗ trên thẻ dập truyền thống.
Hơn thế nữa, các nhà khoa học của IBM tin rằng có thể tạo ra khả năng lưu trữ lớn hơn nữa. Gerd Binnig, giải Nobel vật lý 1986, một trong những người điều hành chương trình Millipede, cho biết: “Vì mũi kim kích thước Nano có thể tác động tới từng nguyên tử nên chúng tôi mong đợi những thành tựu mới vượt qua mức giới hạn hiện nay hàng ngàn lần”.
Các dự án Nano hiện đang là mục tiêu của các quỹ đầu tư mạo hiểm (venture capital fund). Harris & Harris Group, Inc. quỹ đầu tư chủ yếu vào công nghệ Nano đang nắm trong tay cổ phần của 16 công ty công nghệ siêu nhỏ, trong đó có 14 công ty về công nghệ Nano (4 về vật liệu, 6 về điện tử, 3 về ảnh, 2 về sinh học và 1 về thiết bị). Quỹ đang tìm kiếm các dự án tích hợp giữa nhiều công nghệ Nano. Silicon Valley Nano Ventures, quỹ đầu tư mạo hiểm mang tên Thung lũng Silicon, cũng đầu tư vào 6 công ty OptivaInc, Nanospire, Nanostellar, Tailored Materials Corporation và Integrated Nanosystems dưới hình thức cổ đông thiểu số (0,25 - 3 triệu đôla Mỹ). Định hướng đầu tư tương lai của Quỹ là các công cụ, các phần mềm và vật liệu cần thiết cho các ứng dụng phát triển công nghệ Nano, các kênh phân phối và tạo lập thị trường. Đang trong quá trình tích lũy vốn, quỹ đầu tư Alameda Capital nhắm vào thị trường truyền thống về công nghệ thông tin, khoa học đời sống và năng lượng với sự hội tụ đa công nghệ bao gồm cả các loại vật liệu tiên tiến sử dụng công nghệ Nano.
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét