Các nhà khoa học nghiên cứu vật liệu Nano như thế nào?

Câu hỏi: Các nhà khoa học nghiên cứu vật liệu Nano như thế nào?

Lời giải:

Các nhà khoa học nghiên cứu vật liệu Nano bằng cách sử dụng lí thuyết, bằng thực nghiệm thông qua các thiết bị hiện đại như kính hiển vi điện tử có khả năng quan sát đến kích thước cỡ nguyên tử hay phân tử và mô phỏng trên máy tính.

* Công nghệ Nano

Công nghệ Nano (Nanotechnology) là việc sử dụng vật chất ở quy mô nguyên tử, phân tử và siêu phân tử cho các mục đích công nghiệp. Hay có thể hiểu đơn giản là sự phân tích, điều khiển và chế tạo các vật chất bằng cách đưa nó về hình dạng và kích thước từ 1 đến 100 nanomet.

Công nghệ Nano chỉ mới thực sự phát triển và phổ biến rộng rãi từ khi cuộc cách mạng 4.0 bắt đầu. Tính đến hiện tại, nó đã góp một phần không nhỏ đến việc phục vụ con người. Điển hình là khâu sản xuất các mặt hàng thủy tinh, gốm, sứ,… đều có sự góp mặt của công nghệ này. Công nghệ Nano hiện được coi là ngành công nghệ hàng đầu về khoa học – kĩ thuật trên thế giới và hứa hẹn sẽ ngày một phát triển trong tương lai.

* Chế tạo vật liệu Nano một chiều bằng phương pháp bốc bay nhiệt

Bốc bay nhiệt (thermal evaporation deposition) là một trong những phương pháp được sử dụng nhiều nhất trong chế tạo các cấu trúc nano một chiều do yêu cầu về thiết bị đơn giản và dễ dàng triển khai tại các phòng thí nghiệm. Hệ bốc bay nhiệt gồm có: (i) một hệ lò nằm ngang có bộ điều khiển nhiệt độ cho phép lập trình theo các chương trình khác nhau, (ii) hệ thống ống lò được thiết kế kết nối với bơm hút chân không và hệ thống cấp và điều khiển lưu lượng khí và (iii) thuyền đựng vật liệu nguồn bốc bay chịu được nhiệt độ cao, như mô tả trong Hình 3a. Trên thực tế có rất nhiều thông số ảnh hưởng đến sự hình thành các cấu trúc nano như nhiệt độ của lò nung cũng như thời gian bốc bay, nhiệt độ đế, các loại đế khác nhau, chất xúc tác sử dụng, vật liệu nguồn bốc bay, lưu lượng khí mang, v.v.

Quy trình bốc bay nhiệt để tạo các cấu trúc một chiều tương đối đơn giản, có thể mô tả tóm tắt như sau: (i) nạp vật liệu nguồn vào thuyền đựng mẫu và đặt thuyền vào tâm lò, cài đặt chương trình tăng nhiệt độ theo mong muốn, các đế nuôi được đặt xuôi theo chiều thổi dòng khí mang; (ii) đóng kín hệ bốc bay, hút chân không (nếu cần thiết) hoặc hoặc thổi khí mang để làm sạch lò; (iii) khởi động để lò hoạt động theo chương trình đã cài đặt đến khi kết thúc và thu mẫu trên các đế đã đặt trước đó.

>>> Tham khảo: Tại sao các vật liệu có kích cỡ Nano lại có những tính chất rất khác biệt?