Vật liệu nano, tắc kè và áo ngực không dây  


Nguồn: Internet.

Bạn có đang tự hỏi mối liên hệ gì xuất hiện giữa ba vật tưởng như không có một mắt xích nào gắn kết với nhau.

Nhắc tới hai chữ nano, nhiều người, trong đó có cả những nhà khoa học, nghĩ ngay đến những thứ cao siêu như thuốc trị ung thư, linh kiện điện tử hay cáp quang internet. Tuy nhiên trong thực tế, vật liệu nano đã tồn tại từ rất lâu trong tự nhiên [1].

Tiến sĩ Richard Feynman, người đặt nền móng đầu tiên cho công nghệ nano, cũng là cha đẻ của câu nói nổi tiếng “There is plenty of room at the bottom”, Nguồn: University of Washington

Vật liệu nano, nói đơn giản, là mọi vật chất có kích thước từ 1 đến 1000 nm (1 nm = 10-9 m) [1]; theo định nghĩa khoa học là “vật liệu có tối thiểu 1 chiều không gian (dài, rộng, cao) với kích thước 1-100 nm”. Cha đẻ của công nghệ nano là tiến sĩ Richard Feynman với câu nói nổi tiếng “There is plenty of room at the bottom” (Tạm dịch: Còn rất nhiều khoảng trống ở nơi rất nhỏ) [2]. Bạn có thể tưởng tượng đường kính 1 sợi tóc người vào khoảng 15 µm, gấp 1000 lần vật liệu có kích thước 15 nm. Và do có kích thước cực kỳ nhỏ, diện tích bề mặt của một đơn vị cực kỳ lớn, nên vật liệu nano có những tính chất “khác thường”, điển hình như bán dẫn (các linh kiện điện tử có khả năng thay đổi độ dẫn điện khi có tác động từ tác nhân bên ngoài như ánh sáng, nhiệt độ), khả năng đổi màu (dung dịch vàng (gold) ở kích thước 10-20 nm có màu đỏ, 2-5 nm có màu vàng và > 20 nm có màu tím, do khả năng hấp thu và khuếch tán ánh sáng bị thay đổi), biến đổi từ tính (bạch kim (platinum) ở trạng thái cơ bản không có từ tính, nhưng hạt nano bạch kim có từ tính giống kim loại sắt) [3]. Nhưng phổ biến và được ứng dụng rộng rãi là tính chất cơ học, khả năng kết dính được gia tăng đáng kể khi vật chất trở nên nhỏ lại. Nguyên nhân là do lực liên kết phân tử van der Waals (liên kết yếu nhất trong các loại liên kết hóa học) tuy yếu nhưng với số lượng hạt nano cực kỳ lớn, lực này trở nên áp đảo, giúp kết dính mọi loại vật chất với nhau [3].

Chân tắc kè, với vô số những sợi “siêu vi lông” kích thước nanomet, có khả năng bám dính gấp 600 lần so với vật liệu thông thường.  Nguồn: Wikipedia, Gecko foot on glass.JPG

Tắc kè (Gecko) là một loài động vật đặc biệt có khả năng bám dính và di chuyển dễ dàng trên các bề mặt trơn nhẵn và thẳng đứng. Quan sát trên kính hiển vi quang học, người ta thấy gần 500.000 sợi “vi lông” có chiều dài khoảng 30-130 µm (bằng một phần năm đường kính sợi tóc người). Mỗi sợi lại chứa hàng trăm sợi “siêu vi lông” với kích thước 200-500 nm. Các sợi “siêu vi lông” này, do là vật liệu nano, và do số lượng nhiều, nên khi được tiếp xúc với vật chất khác (bức tường chẳng hạn) theo một trình tự nhất định, chúng có khả năng tạo liên kết van der Waals gấp 600 lần so với vật liệu thông thường. Kết quả là tắc kè có thể bám dính ở mọi bề mặt, khi chúng muốn di chuyển, chúng chỉ đơn giản dịch chuyển ngón chân cái lệch khỏi vị trí, lực liên kết sẽ giảm xuống, và bàn chân được nhấc lên dễ dàng [4].

Ứng dụng tính chất này, các loại áo ngực không dây được ra đời [5]. Trong đó, các hạt nano vải (nano fabric) kết dính vững chắc với da người. Áo ngực chỉ là một ví dụ ngộ nghĩnh trong vô số những thành tựu của con người về nano. Thiên nhiên đã có mọi thứ từ thô sơ nhất đến hiện đại nhất, con người, dù phát triển đến đâu, cũng cần học hỏi từ tạo hóa.

Tác giả: Phạm Duy Toàn (ĐH Naresuan, Thailand)

Biên tập viên: Gia Khuê và Ánh Mai

Tài liệu tham khảo

1. Sarah Cooper, Naturally Occurring Nanomaterials, Natural Nano, Inc.,  https://www.humboldt-foundation.de/pls/web/docs/F20652/cooper.pdf, accessed 15.11.2015.
2. Richard Feymann, Richard Feymann introduces the world to nanotechnology, http://www.openculture.com/2013/04/richard_feynman_introduces_the_world_to_nanotechnology.html, accessed 15.11.2015.
3. Bhushan B, Luo D, Schricker SR, Sigmund W, Zauscher S, Handbook of Nanomaterials Properties, Springer, 2014.
4. Kellar A, Yiching AL, Tonia H, Wolfgang Z, Wai PC, Thomas WK, et al., Adhesive force of a single gecko foot-hair, Nature, 2000, 405, pp. 681-5.
5. Jennifer O, Super-sticky Gecko feet inspire strapless bra design, http://gizmodo.com/super-sticky-gecko-feet-inspire-strapless-bra-design-1741835334, accessed 31.12.2015.  
 
Đăng bài: 03/01/2016 (ngày/tháng/năm)
Category: 

Add new comment

CAPTCHA
This question is for testing whether or not you are a human visitor and to prevent automated spam submissions.
Image CAPTCHA
Enter the characters shown in the image.