Top Sự Thật Thú Vị

10 công dụng độc đáo của công nghệ Nano đang được các nhà khoa học áp dụng vào thực tiễn

Khó có thể hình dung được tương lai mà không có sự hiện diện của công nghệ nano. Thao tác vật chất ở cấp độ nguyên tử và phân tử đã mở đường cho những đột phá lớn trong hóa học, sinh học và y học. Tuy nhiên, các ứng dụng mở ra của công nghệ nano rộng hơn và đa dạng hơn nhiều so với những gì chúng ta tưởng tượng.

Đọc thêm: 10 vật liệu nano nhân tạo với sức mạnh và khả năng ứng dụng đến từ tương lai

10. Làm phim

Nếu không có phát minh về kính hiển vi quét đường hầm quét (STM) vào những năm 1980, lĩnh vực công nghệ nano có thể vẫn là khoa học viễn tưởng. Với độ chính xác nguyên tử của nó, STM đã cho phép các nhà vật lý nghiên cứu cấu trúc của vật chất theo cách không thể có với kính hiển vi thông thường.

Tiềm năng đáng kinh ngạc của STM đã được các nhà nghiên cứu tại IBM chứng minh khi họ tạo ra A Boy and His Atom, đây là bộ phim hoạt hình nhỏ nhất thế giới. Nó được tạo ra bằng cách di chuyển các nguyên tử riêng lẻ trên bề mặt đồng.

Bộ phim dài 90 giây mô tả một cậu bé làm từ các phân tử carbon monoxide chơi với một quả bóng, nhảy múa và nảy trên tấm bạt lò xo. Bao gồm 202 khung hình, hoạt hình có hành động trong một không gian nhỏ bằng 1/1000 kích thước của một sợi tóc người. Để thực hiện bộ phim, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một tính năng độc đáo đi kèm với STM: bút stylus tích điện và cực kỳ sắc nét với đầu làm từ một nguyên tử. Bút stylus có khả năng cảm nhận vị trí chính xác của các phân tử carbon trên bề mặt hoạt hình (là tấm đồng trong trường hợp này). Do đó, nó có thể được sử dụng để tạo ra hình ảnh của các phân tử cũng như di chuyển chúng vào vị trí mới.

9. Phục hồi dầu

Chi tiêu toàn cầu cho khai thác dầu đã tăng theo cấp số nhân trong thập kỷ qua. Tuy nhiên, hiệu quả trong thu hồi dầu vẫn là một vấn đề lớn. Khi các công ty dầu khí đóng cửa một giếng dầu, ít hơn một nửa số dầu trong hồ chứa được khai thác. Phần còn lại bị bỏ lại vì nó bị mắc kẹt trong đá nơi quá đắt để phục hồi. May mắn thay, với sự giúp đỡ từ công nghệ nano, các nhà khoa học ở Trung Quốc đã phát hiện ra một cách để giải quyết vấn đề này.

Giải pháp là tăng cường một kỹ thuật khoan hiện có. Kỹ thuật ban đầu liên quan đến việc bơm nước vào lỗ chân lông nơi có dầu. Điều này thay thế dầu và buộc nó ra ngoài. Tuy nhiên, phương pháp này cho thấy giới hạn của nó ngay khi dầu trong lỗ chân lông dễ dàng được chiết xuất. Đến lúc đó, nước bắt đầu nổi lên từ giếng thay vì dầu.

Để ngăn chặn điều này, các nhà nghiên cứu Trung Quốc Bành và Ming Yuan Li đã đưa ra ý tưởng truyền nước bằng các hạt nano có thể cắm các lối đi giữa các lỗ đá. Phương pháp này nhằm làm cho nước đi theo những con đường hẹp hơn vào lỗ chân lông có chứa dầu và đẩy dầu ra ngoài. Với các nghiên cứu thực địa thành công được thực hiện tại Trung Quốc, phương pháp này đã được chứng minh là có hiệu quả cao trong việc thu hồi 50% lượng vàng đen mà ngoài tầm với.

8. Màn hình độ phân giải cao

Các hình ảnh trên màn hình máy tính được thể hiện thông qua các chấm nhỏ gọi là pixel. Bất kể kích thước và hình dạng của chúng, số lượng pixel trên màn hình vẫn là yếu tố quyết định chất lượng hình ảnh. Tuy nhiên, với màn hình truyền thống, nhiều pixel hơn có nghĩa là màn hình lớn hơn và cồng kềnh hơn giới hạn rõ ràng.

Trong khi các công ty đang bận bán màn hình khổng lồ của họ cho người tiêu dùng, các nhà khoa học từ Đại học Oxford đã phát hiện ra một cách để tạo ra các pixel chỉ rộng vài trăm nanomet. Điều này đạt được bằng cách khai thác các tính chất của vật liệu thay đổi pha gọi là GST (một vật liệu được tìm thấy trong các sản phẩm quản lý nhiệt). Trong thí nghiệm, các nhà khoa học đã sử dụng các lớp GST dày 7 nanomet kẹp giữa các điện cực trong suốt. Mỗi lớp có kích thước chỉ 300 x 300 nanomet, có tác dụng như một pixel có thể bật và tắt bằng điện. Bằng cách truyền dòng điện qua các lớp, các nhà khoa học đã có thể tạo ra hình ảnh với chất lượng và độ tương phản hợp lý.

Các pixel nano sẽ phục vụ nhiều mục đích khác nhau trong đó các pixel thông thường trở nên không thực tế. Chẳng hạn, kích thước và độ dày nhỏ bé của chúng sẽ khiến chúng trở thành lựa chọn tuyệt vời cho các công nghệ như kính thông minh, màn hình có thể gập lại và võng mạc tổng hợp. Một ưu điểm khác của màn hình nano pixel là mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn. Không giống như các màn hình hiện có liên tục làm mới tất cả các pixel để tạo thành hình ảnh, màn hình dựa trên lớp GST chỉ làm mới phần màn hình thực sự thay đổi, tiết kiệm năng lượng.

7. Sơn đổi màu

Trong khi thử nghiệm các chuỗi hạt nano vàng, các nhà khoa học tại Đại học California đã tình cờ phát hiện ra một quan sát đáng kinh ngạc. Họ đã nhận thấy rằng màu của vàng thay đổi khi một chuỗi các hạt của nó bị kéo căng hoặc rút lại, tạo ra thứ mà một trong những nhà khoa học mô tả là một màu xanh sáng đẹp đẽ biến thành màu tím rồi đỏ. Phát hiện này đã truyền cảm hứng cho các nhà khoa học tạo ra các cảm biến từ các hạt nano vàng thay đổi màu sắc khi áp suất được áp dụng cho chúng.

Để sản xuất các cảm biến, các hạt nano vàng phải được thêm vào một màng polymer linh hoạt. Khi phim được ép, nó kéo dài và làm cho các hạt tách ra và màu sắc thay đổi. Nhấn nhẹ để cảm biến màu tím trong khi nhấn mạnh hơn sẽ chuyển sang màu đỏ. Các nhà khoa học nhận thấy tính chất hấp dẫn này không chỉ ở các hạt vàng mà cả bạc, nơi các hạt chuyển sang màu vàng khi bị kéo căng.

Các cảm biến có thể phục vụ nhiều mục đích. Ví dụ, chúng có thể được kết hợp vào đồ nội thất, chẳng hạn như ghế dài hoặc giường, để đánh giá vị trí ngồi hoặc ngủ. Mặc dù được làm bằng vàng, cảm biến đủ nhỏ để khắc phục vấn đề chi phí.

6. Sạc điện thoại

Dù là iPhone, Samsung hay các loại điện thoại khác nhau, mọi điện thoại thông minh rời khỏi nhà máy đều có hai nhược điểm nổi tiếng: thời lượng pin và thời gian cần để sạc lại. Trong khi vấn đề thứ nhất vẫn là vấn đề phổ quát, các nhà khoa học từ thành phố Ramat Gan ở Israel đã tìm cách giải quyết vấn đề thứ hai bằng cách tạo ra một cục pin chỉ cần 30 giây để sạc lại.

Bước đột phá này được cho là do một dự án liên quan đến bệnh Alzheimer, được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu từ Đại học Tel Aviv. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các phân tử peptide làm rút ngắn tế bào thần kinh của bộ não và gây bệnh có điện dung rất cao (khả năng bảo toàn điện tích). Phát hiện này đã đóng góp cho nền tảng của StoreDot, một công ty tập trung vào công nghệ nano nhắm vào các sản phẩm tiêu dùng. Với sự giúp đỡ từ các nhà nghiên cứu, StoreDot đã phát triển công nghệ NanoDots, khai thác các thuộc tính peptide để cải thiện tuổi thọ pin của điện thoại thông minh. Công ty đã trình diễn một nguyên mẫu pin của nó trong sự kiện Microsoft Think ThinkNext. Sử dụng điện thoại Samsung Galaxy S3, pin được sạc từ 0 đến đầy trong chưa đầy một phút.

5. Giao thuốc tinh vi

Phương pháp điều trị các bệnh như ung thư có thể rất tốn kém và trong một số trường hợp, quá muộn. May mắn thay, một số công ty y tế từ khắp nơi trên thế giới đang nghiên cứu các cách điều trị bệnh rẻ tiền và hiệu quả. Trong số đó có Immusoft, một công ty nhằm cách mạng hóa cách thức các loại thuốc được chuyển đến cơ thể chúng ta.

Thay vì chi hàng tỷ đô la cho các loại thuốc và chương trình trị liệu, Immusoft tin rằng chúng ta có thể tự thiết kế cơ thể để tự sản xuất thuốc. Với sự giúp đỡ từ hệ thống miễn dịch, các tế bào của bệnh nhân có thể được thay đổi để nhận thông tin di truyền mới cho phép họ tự chế thuốc. Thông tin di truyền có thể được cung cấp thông qua các viên nang kích thước nano được tiêm vào cơ thể.

Phương pháp mới này đã được thử nghiệm trên một bệnh nhân người. Tuy nhiên, Immusoft và các tổ chức khác đã báo cáo các thí nghiệm thành công được thực hiện trên chuột. Nếu được chứng minh hiệu quả trên người, phương pháp này sẽ giảm đáng kể chi phí điều trị và trị liệu cho các bệnh tim mạch và các bệnh khác.

4. Truyền thông phân tử

Có những trường hợp trong đó sóng điện từ, linh hồn của viễn thông toàn cầu, trở nên không thể sử dụng được. Hãy nghĩ về một xung điện từ có thể khiến các vệ tinh liên lạc và mọi hình thức công nghệ dựa vào chúng đều vô dụng. Chúng ta khá quen thuộc với những kịch bản kinh hoàng như vậy từ các bộ phim ngày tận thế. Hơn nữa, vấn đề này đã được các nhà nghiên cứu từ Đại học Warwick ở Vương quốc Anh và Đại học York ở Canada cân nhắc trong nhiều năm trước khi đưa ra một giải pháp bất ngờ.

Các nhà nghiên cứu đã quan sát cách một số loài động vật, đặc biệt là côn trùng, sử dụng pheromone để giao tiếp trên một khoảng cách dài. Sau khi thu thập dữ liệu, họ đã có thể phát triển một phương thức liên lạc trong đó các thông điệp được mã hóa trong các phân tử của rượu bay hơi. Các nhà nghiên cứu đã trình diễn thành công kỹ thuật mới này bằng cách sử dụng cồn xát làm hóa chất báo hiệu và tại đây là thông điệp đầu tiên của họ.

Hai thiết bị đã được sử dụng với phương pháp này bao gồm một máy phát để mã hóa và gửi tin nhắn và máy thu để giải mã và hiển thị nó. Phương pháp này hoạt động bằng cách nhập một tin nhắn văn bản trên máy phát bằng Arduino Uno (một vi điều khiển nguồn mở) đi kèm với màn hình LCD và các nút. Sau đó, bộ điều khiển chuyển đổi đầu vào văn bản thành một chuỗi nhị phân được đọc bởi một máy phun điện tử có chứa cồn. Sau khi đọc được thông điệp nhị phân, máy phun sẽ chuyển đổi nó thành một bộ thuốc xịt có kiểm soát, trong đó, 1 1 tượng trưng cho một bình xịt và 0 0 bằng không phun. Rượu trong không khí sau đó được phát hiện bởi máy thu bao gồm cảm biến hóa học và vi điều khiển. Người nhận đọc và chuyển đổi dữ liệu nhị phân trở lại văn bản trước khi hiển thị nó trên màn hình.

Các nhà nghiên cứu đã có thể gửi và nhận thông điệp của Google O Canada trên một số không gian mở. Do đó, một số nhà khoa học đã bày tỏ sự tin tưởng vào phương pháp này. Họ tin rằng nó có thể hữu ích trong các môi trường như đường hầm ngầm hoặc đường ống nơi sóng điện từ trở nên vô dụng.

3. Lưu trữ máy tính

Trong vài thập kỷ qua, máy tính đã phát triển theo cấp số nhân cả về sức mạnh xử lý và khả năng lưu trữ. Hiện tượng này đã được James Moore dự đoán chính xác vào khoảng 50 năm trước và sau đó được biết đến rộng rãi với tên gọi Moore Moore Law. Tuy nhiên, nhiều nhà khoa học, trong đó có nhà vật lý Michio Kaku, tin rằng Moore Moore Law đang sụp đổ. Điều này là do thực tế là sức mạnh máy tính không thể theo kịp sự gia tăng theo cấp số nhân của các công nghệ sản xuất hiện có.

Mặc dù Kaku đang nhấn mạnh sức mạnh xử lý, khái niệm tương tự áp dụng cho dung lượng lưu trữ. May mắn thay, nó không phải là cuối con đường. Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học RMIT ở Melbourne hiện đang tìm hiểu các lựa chọn thay thế. Dẫn đầu bởi Tiến sĩ Sharath Sriram, nhóm nghiên cứu đang trên đà phát triển các thiết bị lưu trữ bắt chước cách thức bộ não của con người lưu trữ thông tin. Các nhà nghiên cứu đã thực hiện bước đầu tiên và chế tạo một bộ phim nano được thiết kế hóa học để bảo toàn các điện tích ở trạng thái bật và tắt. Bộ phim, mỏng hơn 10.000 lần so với tóc người, có thể trở thành nền tảng cho việc phát triển các thiết bị bộ nhớ tái tạo mạng lưới thần kinh của não.

2. Nghệ thuật Nano

Sự phát triển đầy hứa hẹn của công nghệ nano đã giành được sự ngưỡng mộ lớn từ cộng đồng khoa học. Tuy nhiên, những đột phá trong công nghệ nano không còn giới hạn trong y học, sinh học và kỹ thuật. Nghệ thuật nano là một lĩnh vực mới nổi cho phép chúng ta nhìn thế giới nhỏ bé dưới kính hiển vi từ một quan điểm hoàn toàn mới.

Đúng như tên gọi của nó, nghệ thuật nano là sự kết hợp giữa nghệ thuật và khoa học nano được thực hiện bởi một số ít các nhà khoa học và nghệ sĩ. Trong số đó có John Hart, một kỹ sư cơ khí của Đại học Michigan, người đã thực hiện bức chân dung nano của Tổng thống Barack Obama. Bức chân dung được đặt tên là Nanobama, được tạo ra để tôn vinh Tổng thống khi ông là ứng cử viên trong cuộc bầu cử tổng thống năm 2008. Mỗi khuôn mặt ở Nanobama có kích thước chỉ nửa milimet và được điêu khắc hoàn toàn từ 150 ống nano. Để tạo ra những bức chân dung, trước tiên, Hart đã tạo ra một bản vẽ đường nét của tấm áp phích biểu tượng của Hope Hope. Sau đó, ông đã in bản vẽ lên một tấm thủy tinh phủ các hạt nano cần thiết để phát triển ống nano. Sử dụng lò nhiệt độ cao, chỉ còn là vấn đề thời gian trước khi bức chân dung sẵn sàng cho buổi chụp hình.

1. Phá vỡ các kỷ lục thế giới

Nhân loại luôn tìm cách xây dựng những thứ mạnh nhất, nhanh nhất và lớn nhất. Nhưng, khi nói đến việc xây dựng nhỏ nhất, công nghệ nano xuất hiện trên sân khấu. Trong số những thứ nhỏ nhất từng được tạo ra bằng công nghệ nano là một cuốn sách có tên Teeny Ted From Turnip hiện đang được coi là cuốn sách in nhỏ nhất thế giới. Được sản xuất trong Phòng thí nghiệm hình ảnh Nano tại Đại học Simon Fraser ở Vancouver, Canada, cuốn sách có kích thước chỉ 70 micromet bằng 100 micromet và được làm bằng các chữ cái được khắc trên 30 trang silicon tinh thể.

Cuốn sách Câu chuyện, được viết bởi Malcolm Douglas Chaplin, có Teeny Ted và chiến thắng của ông tại cuộc thi củ cải tại hội chợ hàng năm của quận. Hơn 100 bản sao của cuốn sách đã được xuất bản. Nhưng để mua một trong số chúng, bạn sẽ cần một túi sâu, một cuốn sách có giá hơn 15.000 đô la. Một kính hiển vi điện tử cũng sẽ được yêu cầu để đọc nó, thêm nhiều hơn vào chi phí.

Tags
Back to top button