Vật liệu Nano trong công nghiệp, điện tử, năng lượng và môi trường

Xe hơi an toàn và thân thiện với môi trường

Một số mẫu xe hơi trên thị trường hiện nay đã sử dụng vật liệu nano vào chế tạo các chi tiết thân, vỏ, động cơ và các phụ tùng khác nhằm tăng độ bền, khả năng chống cháy cũng như tính thẩm mỹ của xe. Kính xe bổ sung phân tử kim loại và gốm nano có khả năng ngăn chặn tia cực tím (UV) và tự làm sạch mà độ trong của kính không thay đổi. Sơn nano cho bề mặt vỏ xe bền hơn, mịn hơn, đồng thời chống trầy xước, chống bám bẩn. Ông nano cácbon dẫn nhiên liệu có độ bền kéo (khả năng chịu lực kéo mà không bị đứt gẫy) gấp 100 lần, khả năng dẫn điện có thể kiểm soát chính xác nên tránh được việc hình thành tĩnh điện.

Trong tương lai, vật liệu nano có thể được sử dụng để giảm tỷ lệ hao mòn động cơ, tăng hiệu suất sử dụng pin và nhiên liệu. Sử dụng ôxít kim loại dạng nano tạo ra các phân tử nano tinh thể hóa làm pin lithium-ion có công suất lớn hơn 20% dùng cho xe chạy điện. Ôxít xeri, có thể dùng chế tạo chất phụ gia làm tăng hiệu suất sử dụng nhiên liệu của động cơ diesel, làm quá trình đốt nhiên liệu sạch hơn,giảm được lượng khí thải độc hại cũng như lượng cácbon bám vào thành xylanh của động cơ so với sử dụng các loại chất phụ gia khác.

Trong công nghiệp quốc phòng và hàng không vũ trụ

Vật liệu nano là sự lựa chọn tối ưu của Lầu Năm Góc nhằm cải tiến các trang thiết bị cho người lính và nâng cao hiệu quả của vũkhí. Polymer nano hiện đã được sử dụng trong các thiết bị cảm biến có khả năng phát hiện những dấu vết rất nhỏ của chất nổ chôn dưới lòng đất. Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, các vật liệu cấu trúcnano có thể giúp tạo ra những thế hệ máy bay bền hơn, nhẹ hơn, có khả năng chống sét và chống cháy tốt hơn. Hiện nay, người ta đã sản xuất được một loại vật liệu cán nano có độ bền cao, nhẹ và hấpthụ năng lượng tốt hơn thép, dùng để chế tạo máy bay. Các loại polymer chứa hạt nano bạc giúp làm sạch vi khuẩn trong máy bay. Một công ty đã chế tạo được loại vải và sợi chứa ống nano cácbon có tínhdẫn điện cao dùng thay đồng để sản xuất dây dẫn và cáp nhẹ hơn cho máy bay hoặc vệ tinh.
Trong công nghiệp quốc phòng, từ thiết bị giám sát, chất nổ, đến quân phục, chip xác định tần số radio; mạch tích hợp; cảm biến sinh học cực nhỏ và các loại vải, màng “thông minh”. Kỹ thuật giám sátvi thể hóa đang được nghiên cứu bao gồm việc sử dụng côn trùng sống gắn thiết bị nano hoặc các robot có cánh siêu nhỏ bay lẫn vào côn trùng tới địa bàn của đối phương để thu thập thông tin. Nhôm nanođể chế tạo các loại tên lửa di chuyển nhanh hơn, hoặc tăng sức công phá của các loại chất nổ truyền thống là do khi kết hợp với một ôxít kim loại như ôxít sắt, nhôm nano cho phép phản ứng hóahọc xảy ra nhiều hơn trên một diện tích bề mặt định sẵn, nên có thể tăng sức nổ.

Quân phục may bằng vải kết hợp vật liệu nano có thể đổi màu theo môi trường, cứng lại để bảo vệ người mặc khỏi chấn thương, chống đạn hoặc các loại vũ khí sinh/hóa. Nó còn có thể tích hợp thiết bịcảm biến để theo dõi tình trạng của người lính, hoặc hoạt động như một thiết bị phóng thuốc mà bác sỹ có thể kích hoạt từ xa qua sóng radio.
Giảm kích thước, tăng dung lượng thiết bị điện tử

Điện tử dân dụng và máy tính là những lĩnh vực sớm biết tận dụng ưu điểm của vật liệu nano vào sản phẩm, nổi bật có thể kể đến là nâng cao chất lượng màn hình và khả năng dẫn điện. Màn hình ứng dụng các lớp polymer siêu mỏng không cần đèn nền và kính lọc như màn hình LCD truyền thống, cho hình ảnh tươi sáng và rõ nét hơn. Công nghệ này được ứng dụng để chế tạo loại màn hình chất dẻo có thể uốn cong hoàn toàn.

Khả năng dẫn điện của vật liệu nano được sử dụng trong rất nhiều sản phẩm cần lớp phủ bề mặt dẫn điện như các loại màn hình cảm ứng và pin mặt trời. Trên thị trường hiện nay đã có loại màng phủ và vật liệu phủ trong suốt được chế tạo từ dây nano có khả năng dẫn điện tốt hơn các vật liệu truyền thống. Các loại màng phủ này có thể thay thế ôxít thiếc indi để chế tạo điện cực trong suốt của màn hình tinh thể lỏng.

Minh họa cho các phân tử nano phóng thích thuốc khi bị tác động bằng bức xạ điện từ. (Ảnh: iStock photo)
Trong tương lai, máy tính và các thiết bị điện tử có thể sử dụng vật liệu nano để tăng khả năng lưu trữ dữ liệu cũng như kéo dài thời gian sử dụng của pin. Cácphương pháp lưu trữ mới dựa trên nền tảng công nghệ nano sẽ cho phép lưu được nhiều thông tin gấp hơn 200 lần mật độ lưu trữ của đĩa DVD thông thường.

Năng lượng xanh, môi trường sạch

Vật liệu nano đã bắt đầu được sử dụng để làm sạch rác thải, thay thế các nguồn năng lượng không tái tạo bằng năng lượng tái tạo, giảm ô nhiễm, tăng hiệu suất của pinmặt trời. Gia tăng diện tích bề mặt của một số dạng vật liệu nano gốm và kim loại có thể giúp giảm nhanh nồng độ các chất gây ô nhiễm trong đất, nước, không khí. Sắt nano hiện đã được sử dụng trongrất nhiều dự án xử lý môi trường và mang lại thành công đáng khích lệ. Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm bơm cácbon trộn các hạt sắt nano vào đất ô nhiễm khả năng thấm hút các chất gây ô nhiễm cao hơnnhiều so với vật liệu không có hạt nano.

Vật liệu nano còn được sử dụng để chế tạo các loại bao bì từ rác thải,dùng thay thế các loại vật liệu tráng phủ truyền thống sản xuất từ nguyên liệu dầu mỏ không táitạo.Trong lĩnh vực năng lượng, màng mỏng nano và công nghệ quang điện đang góp phần nâng cao hiệu quả của điện mặt trời, tăng khả năng hấp thu ánh sáng của pin mặt trời màng mỏng.

Trong tương lai, vật liệu nano có thể giúp tạo ra các dạng năng lượng thay thế. Sử dụng các chất xúc tác nano, người ta có thể sản xuất hyđrô (một dạng năng lượngthay thế) từ nước. Điện cực quang sử dụng vật liệu nano, chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành hyđrô với hiệu quả cao gấp 6 lần so với phương pháp dùng các vật liệu thông thường. Hệ thống lọc và khử mặnnước ứng dụng công nghệ nano cho phép các phân tử nước đi qua nhưng giữ lại các phân tử có kích thước lớn hơn như ion muối và các tạp chất như vi khuẩn, virus, kim loại nặng, vật chất hữucơ.

Vỏ cách điện cho dây cáp xử lý bằng vật liệu nano composite chứa silic điôxít nano có khả năng chịu điện áp gấp 100,khả năng tải dòng cao gấp 100 lần các loại dâydẫn tốt nhất hiện nay.