Tiếp cận công nghệ na-nô tại các trường đại học

Thứ Bảy, 21/10/2017, 03:13:52
 Font Size:     |        Print
Công nghệ na-nô là một ngành công nghệ kỹ thuật mới, đòi hỏi người muốn tìm hiểu, nghiên cứu phải sáng tạo và có sự nỗ lực tìm tòi, học hỏi. Công nghệ na-nô có sự giao thoa của nhiều ngành truyền thống cho nên được coi là “đa ngành”, đã tạo ra sự sáng tạo không giới hạn cho những người nghiên cứu lĩnh vực này.

Công nghệ na-nô vẫn còn là một khái niệm khá mới trên thế giới, được cho là một loại công nghệ đi sâu vào các vật thể ở kích thước cỡ na-nô mét. Thí dụ, nếu ta có một khối đồng kích thước 1x1x1(m) thì diện tích mặt ngoài của khối đồng là 6 m2 và với khối lượng là 8,96 tấn, tỷ lệ diện tích mặt ngoài trên khối lượng của khối đồng này là 6m2/8,96 tấn. Nếu ta dùng một công cụ tinh vi, xẻ khối đồng thành một tỷ bản đồng có bề dày 1 na-nô mét thì cũng khối lượng đồng 8,96 tấn, ta có diện tích mặt ngoài 2 tỷ m2. Tổng tỷ lệ diện tích mặt ngoài trên khối lượng của các bản đồng này là 2 tỷ m2/8,96 tấn. Tiếp tục, nếu ta dùng công cụ tinh vi hơn xẻ một bản đồng thành 1 tỷ thanh đồng có chiều dài 1m và tiết diện 1 na-nô mét x 1 na-nô mét, thì cũng với khối lượng 8,96 tấn ta có 4 tỷ m2. Tổng tỷ lệ diện tích mặt ngoài trên khối lượng đồng lúc này sẽ là 4 tỷ m2/8,96 tấn. Điều đó có nghĩa là nếu diện tích mặt ngoài là một yếu tố quan trọng, như cho việc tăng hiệu năng xúc tác các phản ứng hóa học hoặc tăng cường khả năng hấp phụ các chất độc trong nước, thì bằng cách xẻ khối đồng thành một tỷ thanh đồng, kích thước mặt ngoài tăng lên hàng tỷ lần với khối lượng không đổi. Đây là sản phẩm chỉ có thể thu được với công nghệ na-nô. Thí dụ này đã mô tả một cách tương đối đơn giản về công nghệ na-nô và tại sao công nghệ na-nô lại quan trọng.

Tuy nhiên, làm thế nào để có một công cụ phức tạp cho phép xẻ một khối đồng thành một tỷ tấm đồng hay làm thế nào để có thể “cầm” được một tấm đồng mỏng như vậy để còn xẻ tiếp thành một tỷ thanh đồng? Như vậy hiểu theo nghĩa rộng, công nghệ na-nô là một tập hợp hệ sinh thái cho phép con người có thể chế tạo ra các vật thể kích thước na-nô mét, hoặc vật thể lớn nhưng lại cấu trúc na-nô mét. Qua đó cho phép con người khai thác các tính chất mới, nhất là các tính chất lượng tử, sử dụng kết hợp một cách khéo léo các tính chất mới của các vật thể nêu trên để có các ứng dụng tốt hơn trong cuộc sống hằng ngày. Hệ sinh thái này có tính bao trùm, gồm các lĩnh vực chế tạo thiết bị, chế tạo vật liệu, chế tạo linh kiện, ứng dụng vật liệu và linh kiện, thậm chí cả lĩnh vực mô phỏng tính toán. Công nghệ na-nô còn có thể được nhìn như một lĩnh vực, một “vòng xoay giao thông” trong đó mỗi con đường dẫn tới “vòng xoay” này là một ngành truyền thống như Vật lý, Hóa học, Sinh học, Toán ứng dụng, chế tạo máy, chế tạo linh kiện. Điều kiện duy nhất để các lĩnh vực này hội tụ tại “vòng xoay” là phải làm việc trên những vật thể có kích thước hoặc cấu trúc cỡ na-nô mét. Tuy nhiên cũng giống như bản chất của cơ học lượng tử, công nghệ na-nô thoạt nhìn có vẻ khá phức tạp nhưng đem lại ngày càng nhiều ứng dụng quan trọng trong cuộc sống. Như với trường hợp không gian mầu của các ti-vi sẽ được mở rộng đáng kể bởi các mầu đơn sắc từ việc sử dụng các chấm lượng tử. Khi không gian mầu tăng, hình ảnh sẽ thật hơn và sống động hơn.

Những người làm na-nô thường thiên về một chuyên ngành cụ thể nhưng thường có kiến thức và làm được việc của những chuyên ngành khác có liên quan. Người làm về công nghệ na-nô thiên về Vật lý cũng có thể làm các thí nghiệm Hóa học. Đó chính là cái hay của công nghệ na-nô, vừa có giới hạn vừa không có giới hạn. Chính vì vậy, để tiếp cận “vòng xoay” công nghệ na-nô, hiểu biết về đa ngành sẽ là một thuận lợi hơn là hiểu biết một ngành. Việc hiểu nguyên lý hoạt động của mỗi phương pháp này cũng là một trong những yêu cầu quan trọng và cũng là đặc trưng đa ngành của công nghệ na-nô. Tại các trường đại học, việc nghiên cứu công nghệ na-nô cần phải có các kiến thức đa ngành, bao gồm các ngành thiên về truyền thống như: Toán học, Vật lý, Hóa học và các ngành thiên về công nghệ kỹ thuật như: Cơ khí, Điện tử, Mô phỏng tính toán. Do vậy cũng phải có sự liên kết, phối hợp giữa các đơn vị nghiên cứu, và các khoa, phòng thí nghiệm trong từng trường đại học, và các trường đại học, viện nghiên cứu với nhau.

Công nghệ na-nô về bản chất là một ngành công nghệ kỹ thuật mới, đòi hỏi những người muốn nghiên cứu phải có các phẩm chất về sáng tạo, nỗ lực, tìm tòi và tự học hỏi. Giảng viên, sinh viên muốn nghiên cứu công nghệ na-nô có thể tiếp cận trực tiếp bằng cách tìm hiểu những kiến thức chuyên ngành khác nhau có liên quan tới na-nô; các phương pháp mô phỏng số và sử dụng các phần mềm kỹ thuật; về các phương pháp chế tạo vật liệu và linh kiện na-nô, đi kèm với các phương pháp đánh giá đặc trưng và quan sát trực tiếp riêng. Nhiều kiến thức chuyên sâu khác sẽ được trang bị dần trong quá trình làm việc và học cao hơn khi đi sâu vào các đối tượng cụ thể của công nghệ na-nô.

TS Nguyễn Trần Thuật

Trung tâm Na-nô và Năng lượng (NEC)

Trường đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội

Chia sẻ