Công nghệ Nano là gì và nó vận hành ra sao?

Định nghĩa về Công nghệ Nano

Công nghệ nano là một nghành nghề dịch vụ nghiên cứu và điều tra và thay đổi phát minh sáng tạo tương quan đến tăng trưởng vật tư và thiết bị dựa trên nguyên tử và phân tử .
Một nanomet bằng một phần tỷ mét, gấp mười lần đường kính của một nguyên tử hydro. Đường kính của một sợi tóc trung bình là 80.000 nanomet. Ở khoanh vùng phạm vi như vậy, những quy tắc thường thì của vật lý và hóa học không còn giá trị. Một ví dụ nổi bật là những đặc tính của vật tư ví dụ điển hình như sắc tố, độ bền, độ dẫn điện và năng lực phản ứng của chúng, hoàn toàn có thể khác nhau đáng kể giữa size nano và macro. Các ‘ ống nano ’ carbon cứng hơn thép 100 lần nhưng lại nhẹ hơn 6 lần .

Công nghệ Nano có thể làm gì?

Công nghệ nano được ca tụng là có tiềm năng trong việc tăng hiệu suất cao tiêu thụ nguồn năng lượng, giúp làm sạch thiên nhiên và môi trường và xử lý những yếu tố lớn tương quan đến sức khỏe thể chất. Công nghệ này tạo điều kiện kèm theo tăng trưởng sản xuất hàng loạt với ngân sách giảm đáng kể. Sản phẩm sử dụng công nghệ tiên tiến Nano sẽ nhỏ hơn, rẻ hơn, nhẹ hơn mà lại có nhiều tính năng hơn và cần ít nguồn năng lượng hơn đồng thời tiết kiệm chi phí nguyên vật liệu thô .

Chuyên gia nói gì về công nghệ Nano?

Tháng 6 năm 1999 Richard Smalley – đạt giải Nobel Hóa học – đã có bài phát biểu trước US House Committee on Science về những quyền lợi của công nghệ tiên tiến nano so với sức khỏe thể chất, sự tăng trưởng cũng như đời sống của con người. Ông nói rằng “ Ít nhất sẽ tương tự với những ảnh hưởng tác động tổng hợp của vi điện tử, hình ảnh y tế, kỹ thuật máy tính tương hỗ và polyme tự tạo được tăng trưởng trong thế kỷ này. ”

Thị trường toàn cầu cho các sản phẩm sử dụng công nghệ Nano

Nhiều chính phủ nước nhà tin rằng công nghệ Nano sẽ mang lại một kỷ nguyên mới về hiệu suất và sự thịnh vượng, và điều này được phản ánh qua sự tang lên đáng kể của góp vốn đầu tư công vào điều tra và nghiên cứu và tăng trưởng công nghệ tiên tiến Nano trong suốt thập kỷ qua. Một ví dụ nổi bật, trong năm 2002, Nhật Bản đã tiêu tốn 750 triệu đô la Mỹ mỗi năm cho nghành này, tăng gấp sáu lần so với số lượng năm 1997 .

Ước tính về giá trị của thị trường công ngệ Nano toàn cầu

Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ ( US National Science Foundation ) Dự kiến rằng thị trường toàn thế giới cho những mẫu sản phẩm dựa trên công nghệ tiên tiến Nano sẽ vượt ngưỡng 1 nghìn tỷ USD trong vòng 15 năm. Một nhà nghiên cứu cấp cao tại tổ chức triển khai điều tra và nghiên cứu chủ trương Demos của Anh, Paul Miller cho biết vào năm 2002 rằng “ Một phần ba ngân sách của những công ty nghiên cứu và điều tra khoa học lớn nhất tại Mỹ đã và đang sử dụng vào công nghệ Nano ” Đồng thời, ngân sách của Sáng kiến ​ ​ Công nghệ Nano Quốc gia Hoa Kỳ ( US National Nanotechnology Initiative’s budget ) tăng từ 116 triệu đô la Mỹ ( 1997 ) lên 849 triệu đô la Mỹ ( 2004 ) .

Tình hình của công nghệ Nano ở các nước đang phát triển

Cùng với sự tăng trưởng của quốc tế, Brazil, Chile, Trung Quốc, Ấn Độ, Phi-líp-pin, Nam Triều Tiên, Nam Phi và Xứ sở nụ cười Thái Lan đã bộc lộ cam kết của họ so với công nghệ Nano bằng cách thiết lập những chương trình và viện điều tra và nghiên cứu do cơ quan chính phủ hỗ trợ vốn. Các nhà nghiên cứu tại trường ĐH Toronto Joint Centre for Bioethics đã xếp những vương quốc này là ‘ những người đi đầu ’ ( Trung Quốc, Nam Triều Tiên, Ấn Độ ) và ‘ những người theo sau ’ ( nước Xứ sở nụ cười Thái Lan, Phi-líp-pin, Nam Phi, Brazil, Chile ). Ngoài ra, công nghệ tiên tiến này tại Argentina và Mexico cũng đang có xu thế tăng trưởng bởi họ có những nhóm điều tra và nghiên cứu về công nghệ tiên tiến này, tuy nhiên họ chưa nhận được sự tương hỗ từ phía cơ quan chính phủ .

Công Nghệ Nano tại Thái Lan và Trung Quốc

Tháng 5 năm 2004, chính phủ nước nhà Đất nước xinh đẹp Thái Lan công bố kế hoạch sử dụng công nghệ Nano ( 1 % trong toàn bộ những loại sản phẩm tiêu dung năm 2013 ). Giá trị thị trường của chúng vào thời gian đó được Dự kiến là 13 nghìn tỷ baht ( hơn 320 tỷ đô la Mỹ theo tỷ giá hối đoái đương thời ). Có thể thấy Thailand gật đầu công nghệ Nano và bảo vệ sự tăng trưởng của nó là một phần đông trong cam kết của chính phủ nước nhà Thailand. Tương tự như vậy, Trung Quốc công bố vào tháng 5 năm 2004 rằng công nghệ tiên tiến nano là trọng tâm trong kế hoạch khoa học và công nghệ tiên tiến vương quốc dài hạn .

Những lợi ích tiềm năng cho các nước đang phát triển là gì?

Công nghệ nano hứa hẹn mang đến những giải pháp mới xử lý những yếu tố cản trở sự tăng trưởng của những nước nghèo, đặc biệt quan trọng là tương quan đến sức khỏe thể chất và vệ sinh, bảo mật an ninh lương thực và môi trường tự nhiên. Trong báo cáo giải trình năm 2005 mang tên Đổi mới ( Innovation ), nhóm đặc nhiệm Dự án Thiên niên kỷ của Liên hợp quốc ( UN Millennium Projec ) vận dụng kiến ​ ​ thức về công nghệ tiên tiến và thay đổi khoa học đã viết rằng “ công nghệ Nano hoàn toàn có thể đặc biệt quan trọng quan trọng ở những nước đang tăng trưởng, vì nó tương quan đến lao động, đất đai hoặc bảo dưỡng ; nó tạo ra hiệu suất cao với ngân sách thấp ; và nó chỉ cần một lượng vật tư và nguồn năng lượng rất ít để hoàn thành xong mẫu sản phẩm. ” .

Ảnh hưởng của công nghệ nano đối với sức khỏe và vệ sinh

Công nghệ nano đã trở thành một công cụ hữu dụng trong điều tra và nghiên cứu chăm nom sức khỏe thể chất. Tháng 1 năm 2005, những nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts của Hoa Kỳ đã sử dụng ‘ nhíp quang học ’ – những cặp hạt thủy tinh nhỏ được liên kết với nhau hoặc chuyển dời ra xa bằng cách sử dụng chùm tia laze – để nghiên cứu và điều tra tính đàn hồi của những tế bào hồng cầu bị nhiễm ký sinh trùng sốt rét. Kỹ thuật này đang giúp những nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về phương pháp lây lan của bệnh sốt rét trong khung hình .

Công nghệ nano có thể cải thiện việc phân phối thuốc như thế nào

Công nghệ Nano mang đến những mạng lưới hệ thống phân phối thuốc rẻ hơn và đáng đáng tin cậy hơn. Ví dụ, những vật tư được thiết kế xây dựng trên size Nano hoàn toàn có thể cung ứng mạng lưới hệ thống bảo phủ bảo vệ và tiết ra những loại thuốc theo một cách chậm rãi và có trấn áp. Đây hoàn toàn có thể là một giải pháp có giá trị ở những vương quốc không có không thiếu cơ sở dữ gìn và bảo vệ và mạng lưới phân phối, và so với những bệnh nhân đang điều trị những chính sách thuốc phức tạp, đặc biệt quan trọng là những người không có đủ thời hạn và tiền tài để đi khám bệnh xa .

Bộ lọc kích thước Nano cải tiến hệ thống lọc nước

Các bộ lọc có cấu trúc sử dụng kích cỡ Nano hứa hẹn mang lại những mạng lưới hệ thống lọc nước tốt hơn với chi phí sản xuất rẻ, tuổi thọ cao và hoàn toàn có thể được làm sạch. Các công nghệ tiên tiến tương tự như khác hoàn toàn có thể hấp thụ hoặc trung hòa những vật tư ô nhiễm, ví dụ điển hình như thạch tín, gây nhiễm độc cho mực nước ngầm ở nhiều vương quốc gồm có Ấn Độ và Bangladesh .

An toàn thực phẩm

Sử dụng cảm biến Nano trên cây trồng và hạt Nano trong phân bón

Cảm biến siêu nhỏ phân phối năng lực giám sát mầm bệnh trên cây cối và vật nuôi cũng như thống kê giám sát hiệu suất cây xanh. Ngoài ra, những hạt Nano hoàn toàn có thể làm tăng hiệu suất cao của phân bón. Tuy nhiên, công ty bảo hiểm SwissRe của Thụy Sĩ đã cảnh báo nhắc nhở trong một báo cáo giải trình vào năm 2004 rằng chúng cũng hoàn toàn có thể làm tăng năng lực của những chất ô nhiễm tiềm tàng, ví dụ điển hình như phân bón, xâm nhập vào những lớp sâu của đất và vận động và di chuyển trên một khoảng cách xa hơn .

Sử dụng kỹ thuật công nghệ nano để trồng cây trồng trong điều kiện thù địch

Ngoài ra, những nhà nghiên cứu ở cả những nước tăng trưởng và đang tăng trưởng đều đang thử nghiệm loại cây cối hoàn toàn có thể sinh sống trong những điều kiện kèm theo ‘ thù địch ’, ví dụ điển hình như những cánh đồng có hàm lượng muối cao ( đôi lúc do đổi khác khí hậu và mực nước biển dâng cao ) hoặc thiếu nước. Họ đang làm điều này bằng cách tinh chỉnh và điều khiển yếu tố về gen di truyền của cây xanh, thao tác trên quy mô công nghệ tiên tiến nano với những phân tử sinh học .

Công nghệ Nano có thể được sử dụng như thế nào trong các lĩnh vực năng lượng tái tạo và bền vững để giúp bảo vệ môi trường

Việc ứng dụng công nghệ Nano trong nghành nghề dịch vụ nguồn năng lượng tái tạo và vững chắc ( như pin mặt trời và pin nguyên vật liệu ) hoàn toàn có thể phân phối những nguồn nguồn năng lượng sạch hơn và rẻ hơn. Những điều này sẽ cải tổ cả sức khỏe thể chất con người và môi trường tự nhiên .

Bộ lọc kích thước Nano và các hạt Nano có thể được sử dụng để làm sạch môi trường

Ví dụ, bộ lọc nước thải nhỏ hoàn toàn có thể sàng lọc chất thải từ những xí nghiệp sản xuất công nghiệp, vô hiệu ngay cả những chất cặn bã nhỏ nhất trước khi chúng được thải ra môi trường tự nhiên. Các bộ lọc tương tự như hoàn toàn có thể làm sạch khí thải từ những nhà máy sản xuất đốt công nghiệp. Và những hạt Nano hoàn toàn có thể được sử dụng để làm sạch dầu tràn, tách dầu khỏi cát, vô hiệu dầu khỏi đá và từ lông của những con chim bị kẹt trong một vụ tràn dầu .

Mối quan tâm về các hạt Nano và độc tính

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng những hạt có kích cỡ Nano tích tụ trong khoang mũi, phổi và não của chuột, và vật tư Nano Carbon được gọi là ‘ buckyball ’ gây ra tổn thương não ở cá. Vyvyan Howard là một nhà nghiên cứu chất độc tại Đại học của Liverpool tại Vương quốc Anh, đã cảnh báo nhắc nhở rằng kích cỡ nhỏ của những hạt Nano hoàn toàn có thể khiến chúng trở nên ô nhiễm và cần phải nhìn nhận hàng loạt rủi ro tiềm ẩn trước khi cấp phép sản xuất .

Mối quan tâm về các hạt nano trong môi trường

Nhiều bên chăm sóc, gồm có cả Tập đoàn ETC của Canada và công ty bảo hiểm SwissRe, đã bày tỏ mối chăm sóc của họ về việc giải phóng những hạt nhỏ, vì kích cỡ nhỏ, hoàn toàn có thể vận động và di chuyển rất xa vào thiên nhiên và môi trường. Họ cảnh báo nhắc nhở rằng tất cả chúng ta vẫn chưa biết những hạt này sẽ hoạt động giải trí như thế nào trong môi trường tự nhiên hoặc phản ứng hóa học mà chúng sẽ kích hoạt khi gặp những hạt khác. Tuy nhiên, những nhóm này cũng đống ý với những người ủng hộ công nghệ Nano, những người cảm thấy nghành này hoàn toàn có thể cung ứng những công nghệ tiên tiến ‘ sạch hơn ’, và sau cuối là một môi trường tự nhiên sạch hơn. Nhưng đa phần, hiện tại vẫn còn thiếu nghiên cứu và điều tra về những mối rình rập đe dọa tiềm tàng của công nghệ tiên tiến Nano so với sức khỏe thể chất con người, xã hội và môi trường tự nhiên .

Đảm bảo rằng Tiến bộ trong Công nghệ Nano đi kèm với các Nghiên cứu về Đạo đức và Hiệu ứng Xã hội

Trong một bài báo được xuất bản vào đầu năm 2003, ba tác giả là Anisa Mnyusiwalla, Abdallah Daar và Peter Singer thuộc Đại học Toronto, Canada đã viết : “ Khi khoa học công nghệ Nano tăng trưởng vượt bậc, thì đạo đức lại tụt hậu … Chúng tôi tin rằng “ trật bánh ” công nghệ tiên tiến Nano sẽ diễn ra, nếu những nghiên cứu và điều tra về ảnh hưởng tác động đạo đức, thiên nhiên và môi trường, kinh tế tài chính, lao lý và xã hội của nó phân phối được vận tốc văn minh trong khoa học. ”
Năm 2001, Singer và những đồng nghiệp của ông tại Tổ chức Sáng kiến ​ ​ Công nghệ Nano Quốc gia có trụ sở tại Hoa Kỳ ( US-based National Nanotechnology Initiative ) đã phân chia 16-28 triệu đô la Mỹ để điều tra và nghiên cứu những ảnh hưởng tác động xã hội, nhưng thực sự, họ đã sử dụng chưa đến 50% số tiền đó .

Đánh giá rủi ro và mối quan tâm tăng lên về công nghệ Nano

Một số tổ chức phi chính phủ đang kêu gọi đánh giá rủi ro, hoặc một lệnh tạm hoãn nghiên cứu công nghệ Nano. Họ và những người khác bao gồm cả Trung tâm Công nghệ Nano có trách nhiệm có trụ sở tại Hoa Kỳ(US-based Centre for Responsible Nanotechnology), đã nêu lên những lo ngại về các khía cạnh sau của công nghệ nano:

• Độc tính của vật tư dạng khối, ví dụ điển hình như bạc rắn, khó hoàn toàn có thể Dự kiến độc tính của những hạt nano trong vật tư đó .
• Các hạt nano có năng lực sống sót và tích tụ trong thiên nhiên và môi trường .
• Chúng hoàn toàn có thể tích tụ trong chuỗi thức ăn .
• Chúng hoàn toàn có thể có những ảnh hưởng tác động không lường trước đến sức khỏe thể chất con người .
• Công chúng chưa tham gia khá đầy đủ vào những cuộc tranh luận về ứng dụng, cách sử dụng và pháp luật của công nghệ Nano .
• ‘ Grey goo ’ : Các robot nhỏ bé được tạo ra bằng công nghệ Nano hoàn toàn có thể có năng lực tự tái tạo .
• Nếu những nước giàu là “ đầu tàu ” của sự tăng trưởng công nghệ Nano, thì những ứng dụng mang lại quyền lợi cho những nước đang tăng trưởng sẽ bị bỏ lỡ .
• Trừ khi hành vi nhanh gọn được triển khai, điều tra và nghiên cứu về công nghệ Nano hoàn toàn có thể tiến triển nhanh hơn những mạng lưới hệ thống trấn áp, kiểm soát và điều chỉnh những ứng dụng của nó .

Nhóm ETC nói gì về công nghệ Nano

Mặc dù một số ít mối chăm sóc trong số này, đa phần là kim chỉ nan ‘ grey goo ’, đã bị mất uy tín thoáng rộng bởi những nhà nghiên cứu trong nghành nghề dịch vụ này, hầu hết vẫn nằm trong chương trình nghị sự của những nhà hoạt động giải trí. Tập đoàn ETC đã nhu yếu một lệnh cấm của Liên hợp quốc so với toàn bộ những ứng dụng công nghệ Nano hoàn toàn có thể tiếp xúc với khung hình con người. Tập đoàn ETC cũng bày tỏ lo lắng rằng việc trấn áp việc điều tra và nghiên cứu và tăng trưởng công nghệ Nano hoàn toàn có thể vẫn nằm trong tay những quốc gia công nghiệp tăng trưởng. Kết quả sẽ là sự thiên lệch so với việc tăng trưởng những ứng dụng mang lại quyền lợi cho những nước giàu nhưng lại bỏ lỡ nhu yếu của người nghèo .

Nhìn vào Công nghệ Nano từ quan điểm của các nước đang phát triển

“ Hoạt động công nghệ tiên tiến Nano đáng kể đã và đang diễn ra ở những nước đang tăng trưởng ”, nhóm đặc nhiệm Dự án Thiên niên kỷ của Liên hợp quốc về công nghệ tiên tiến khoa học và thay đổi phát minh sáng tạo ( UN Millennium Project task force on science technology and innovation ) viết trong báo cáo giải trình năm 2005 rằng : “ Hoạt động này hoàn toàn có thể bị trật bánh do một cuộc tranh luận không tính đến quan điểm của những nước đang tăng trưởng. ”
Sau đó, những tác giả cảnh báo nhắc nhở rằng hoạt động giải trí này hoàn toàn có thể bị hủy hoại nếu những cuộc tranh luận công khai minh bạch và chủ trương bỏ lỡ quan điểm của những nước đang tăng trưởng. Vào thời gian viết bài, một cuộc đối thoại toàn thế giới của những bên tương quan đang được triển khai để xác lập những tác động ảnh hưởng tiềm tàng của công nghệ tiên tiến Nano so với những vương quốc như vậy .

Kỹ thuật nano – Kỹ thuật trên Quy mô phân tử

Những tân tiến trong công nghệ tiên tiến nano được thiết kế xây dựng dựa trên những tân tiến của kính hiển vi. Cũng như được cho phép chụp ảnh những phân tử, Kính hiển vi quét đường hầm ( được cấp bằng bản quyền sáng tạo năm 1982 ) được cho phép những nhà nghiên cứu thao tác với chúng bằng cách nhặt và vận động và di chuyển những nguyên tử riêng không liên quan gì đến nhau. Đây là thực chất của công nghệ tiên tiến ‘ từ dưới lên ’ hay công nghệ tiên tiến nano phân tử – khái niệm cho rằng những cấu trúc phân tử hoàn toàn có thể được kiến thiết xây dựng theo từng nguyên tử .

Tầm nhìn của sản xuất có kiểm soát ở cấp độ phân tử thông qua “Người lắp ráp” tự tái tạo (Self-Replicating ‘Assemblers’)

Một số người cho rằng công nghệ tiên tiến Nano sau cuối hoàn toàn có thể dẫn đến việc thu nhỏ quy trình sản xuất có trấn áp xuống Lever phân tử giống như cách xảy ra trong tế bào người, ví dụ, khi những enzym phá vỡ và sắp xếp lại những link giữ những phân tử lại với nhau. Tầm nhìn của những ‘ nhà lắp ráp ’ có năng lực tự tái tạo, những thiết bị nhỏ bé hoạt động giải trí đồng nhất như phiên bản thu nhỏ của dây chuyền sản xuất lắp ráp nhà máy sản xuất, để sản xuất ‘ vật tư Nano ’, những loại sản phẩm mới sẽ cách mạng hóa ngành thiết kế xây dựng, y học, mày mò khoảng trống và điện toán .

Băng tải Nano, ‘Robot DNA’ và Cấu trúc phân tử kéo sợi

Lý thuyết này đi trước thực tiễn hiện tại và trong khi một số ít cảnh báo nhắc nhở rằng ‘ nanobots ’ tự sao chép gây ra mối rình rập đe dọa to lớn cho trái đất, những người khác lại bác bỏ sáng tạo độc đáo này là không hề. Tuy nhiên, việc sản xuất băng tải Nano gần đây hoàn toàn có thể vận động và di chuyển những dòng hạt thay vì từng hạt riêng không liên quan gì đến nhau dọc theo ống Nano bộc lộ một bước nâng tầm lớn, cũng như sự tăng trưởng của ‘ robot DNA ’ dài 10 nanomet cấu trúc từ DNA có năng lực ‘ đi bộ ’ dọc theo vỉa hè cũng vậy. Những tăng trưởng về việc phát hiện ra những cấu trúc phân tử quay, báo trước năng lực tạo ra nguồn năng lượng và hoạt động hoàn toàn có thể điều khiển và tinh chỉnh được ở Lever phân tử cũng chiếm phần không kém quan trọng .

Hệ thống sản xuất top-down

Trong cách tiếp cận ‘ từ trên xuống ’, vẫn chiếm lợi thế trong nghành nghề dịch vụ này, những mảnh vật tư được gia công và khắc thành những cấu trúc size Nano .

Công nghệ nano sẽ đi về đâu?

Công nghệ Nano đang tăng trưởng nhanh gọn. Số lượng những công bố khoa học trong nghành nghề dịch vụ này đã tăng từ khoảng chừng 200 bài ( 1997 ) lên hơn 12.000 bài ( 2002 ). Mặc dù vậy, lúc bấy giờ trên thị trường có khá ít loại sản phẩm sử dụng hạt Nano. Nhìn chung, những thứ đã được bày bán không xử lý được những yếu tố nêu trên, về sức khỏe thể chất, bảo mật an ninh lương thực và thiên nhiên và môi trường .
Thay vào đó, họ đã tập trung chuyên sâu vào những ứng dụng tiêu dùng gồm có kem chống nắng được nâng cấp cải tiến, sơn chống nứt và ống kính chống trầy xước. Giống như điện và động cơ đốt trong, công nghệ tiên tiến nano là một công nghệ tiên tiến được cho phép. Do đó, nó được Dự kiến sẽ tạo ra một loạt những thay đổi .

Những điều chưa biết là gì và những nghi vấn được đặt ra?

Nhưng ‘ ẩn số ’ là gì ? Công nghệ Nano có bị thổi phồng quá mức ? Nó hoàn toàn có thể triển khai lời hứa của mình mà không gồm có những chuẩn mực xã hội và bảo mật an ninh ? Những người ủng hộ nó có tính xác nhận trong công bố của họ về những gì công nghệ Nano mang lại ? Hay đó chỉ là một công nghệ tiên tiến chạy trốn được định sẵn để tàn phá sức khỏe thể chất con người và thiên nhiên và môi trường tự nhiên ?

Con đường phía trước cho công nghệ Nano

Đánh giá vai trò của công nghệ nano và định hướng sự phát triển của nó sẽ đòi hỏi sự tham gia liên ngành của các nhà khoa học, chính phủ, các tổ chức xã hội dân sự và công chúng. Cuộc tranh luận cố gắng tránh sự phân cực của các quan điểm được minh họa bởi vấn đề chỉnh sửa gen. Bài viết này nhằm mục đích cung cấp một loạt thông tin có liên quan cho những người muốn hiểu rõ hơn và tham gia vào cuộc tranh luận quan trọng này.

_________
Tác giả : Catherine Brahic and Mike Shanahan
Nguồn : The Science and Development Network

Source: https://expgg.vn
Category: Thông tin