Công nghệ nanô là sự điều khiển có chủ ý lên vật chất ở mức độ nguyên tử để tạo nên những loại vật liệu, thiết bị, và những hệ thống hoàn toàn mới có những tính chất nổi trội. Điểm mấu chốt của vấn đề là ở chỗ, vật chất được cấu thành từ phân tử, nguyên tử. Nếu chúng ta có thể thao tác được trên từng nguyên tử thì những quy luật tạo ra hầu hết sản phẩm sẽ thay đổi. Công nghệ nanô đang trở nên to lớn, những vật vô cùng nhỏ bé – một nannomét bằng 1/80.000 của đường kính sợi tóc – đang trở nên khổng lồ.
Bước sang thế kỷ 21, nhiều vấn đề lớn của nhân loại được đặt ra mang tính toàn cầu. Có những vấn đề thuộc về lĩnh vực xã hội như chiến tranh, phân chia giàu nghèo, tệ nạn xã hội…Có những vấn đề liên quan nhiều đến khoa học và công nghệ như nâng cao chất lượng chữa bệnh và bảo vệ sức khoẻ, một nguồn năng lượng phong phú, an toàn và rẻ tiền cho phát triển, phục hồi môi trường và bảo vệ môi trường, hệ sinh thái…Người ta hy vọng rằng công nghệ nanô sẽ là nguồn tiềm năng to lớn cho phép giải quyết các bài toán lớn đó của nhân loại.
Trong thời gian đến, công nghệ nanô sẽ dẫn tới những ưu việt mới của nền kinh tế có vai trò chủ đạo của hệ thống công nghệ do công nghệ nanô dẫn đầu. Đây là một lợi thế cạnh tranh rất lớn cho những ai kịp nắm bắt thời cơ của thời đại công nghệ nanô. Hơn thế nữa, khi một công nghệ có tính cách mạng xuất hiện, không nắm bắt sử dụng được nó thì lập tức sẽ bị nó đe doạ, chi phối, đó là bài học của công nghệ hạt nhân, hoá học và sinh học. Vì lẽ đó, trên thế giới đang xảy ra cuộc chạy đua sôi động về phát triển và ứng dụng công nghệ nanô.
Ở Việt nam, các nhà khoa học ở một số viện nghiên cứu, trường đại học cũng đã bắt đầu tiếp cận với khoa học nanô và công nghệ nanô (KHNN & CNNN) trên cả hai bình diện: lý thuyết và thực nghiệm. Một vài công ty thương mại ở trong nước cũng đã nhập khẩu một số sản phẩm CNNN của nước ngoài.
I. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ NANÔ TRÊN THẾ GIỚI
Nhìn chung, tình hình nghiên cứu và phát triển CNNN của các nước có khác nhau, phụ thuộc và tiềm năng, trình độ khoa học và công nghệ, yêu cầu phát triển kinh tế xã hội, an ninh quốc phòng của mỗi nước. Các nước như Mỹ, Anh, Pháp, Nhật Bản, Đức và các nước có nền công nghiệp phát triển, khả năng tài chính lớn, có tiềm lực khoa học và công nghệ cao, có đội ngũ cán bộ KH&CN vững vàng, có đông đảo đội ngũ kỹ sư giỏi và công nhân lành nghề, có thể chế và luật lệ khá chặt chẽ… đã đầu tư cho nghiên cứu, triển khai và tổ chức thực hiện phát triển CNNN theo phương thức phân cấp rất rõ ràng với yêu cầu về đầu vào (tài chính, mục đích, yêu cầu và nội dung chương trình, dự án, đề tài) và đầu ra (sản phẩm) của mỗi cấp khá hợp lý. Ở các nước này có thể nhận thấy sự phân cấp được thực hiện theo tuần tự như sau:
+ Nghiên cứu cơ bản kết hợp với đào tạo nhân lực thường được thực hiện ở các trường đại học và các viện nghiên cứu. Kinh phí đầu chủ yếu từ ngân sách nhà nước, từ các công ty và từ các hợp đồng nghiên cứu khoa học. Sản phẩm đầu ra là: Các bài báo, các bằng sáng chế phát minh và đào tạo nhân lực.
+ Nghiên cứu triển khai chủ yếu thực hiện ở các phòng thí nghiệm, trung tâm, xưởng nghiên cứu triển khai của các hãng, công ty trên cơ sở tiếp nhận các kết quả nghiên cứu, các bằng sáng chế phát minh…Kinh phí đầu vào chủ yếu do các hãng, công ty, xí nghiệp cung cấp. Đầu ra là các sản phẩm mới có chất lượng cao, sản xuất ở quy mô pilot ổn định, có khả năng được thị trường chấp nhận và có thể chuyển sang sản xuất công nghiệp ở quy mô lớn theo yêu cầu của thị trường.
+ Tổ chức sản xuất với quy mô công nghiệp. Kinh phí chủ yếu do các hãng, công ty, xí nghiệp cung cấp. Đầu ra là các sản phẩm đã mang tính hàng hoá.
Năm 2000, tổng thống Mỹ B. Clinton đã ra một quyết định phát động chương trình “Sáng kiến quốc gia về công nghệ nano. Kế hoạch Nghiên cứu và Triển khai công nghệ nano thế kỷ 21 được thông qua tháng 12/2003 tại Quốc hội Mỹ, đã tuyên bố “Đảm bảo sự lãnh đạo toàn cầu của Mỹ trong việc phát triển và ứng dụng công nghệ nano”. Kể từ đó đến nay, đã có nhiều sự thay đổi trong việc xây dựng chính sách KHNN & CNNN tại các nước/lãnh thổ thuộc Khu vực châu Á – Thái Bình Dương. Khu vực châu Á – Thái Bình Dương (APEC) đang chuyển mình để trở thành một trong những khu vực phát triển CNNN năng động và tham vọng nhất thế giới. Các chính phủ của các nước/lãnh thổ thuộc APEC đã xếp CNNN vào một trong số những lĩnh vực được ưu tiên trong khi lập kế hoạch KH&CN. Ngân sách cho nghiên cứu và phát triển KHNN & CNNN tại hầu hết các nước/lãnh thổ châu Á đã tăng đáng kể. Gần đây, Việt Nam đã bắt đầu triển khai thực hiện chương trình CNNN. Chính phủ nhận thấy KHNN & CNNN là một trong số những lĩnh vực khoa học và công nghệ quan trọng của thế kỷ 21. Lĩnh vực này sẽ tạo ra các ngành công nghiệp mới và những sản phẩm công nghệ cao thông qua sự thay đổi về công nghệ. Tuy nhiên, vì là một nước đang phát triển, Việt Nam cần thiết phải xây dựng cơ sở hạ tầng thiết yếu cho KH&CN, và tạo dựng các ngành công nghiệp công nghệ cao.
II. NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ NANÔ TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC HUẾ
Sau hội nghị Vật lý tại Núi Cốc (năm 2003), một nhóm nghiên cứu về vật liệu nanô thuộc bộ môn Vật lý chất rắn bắt đầu hình thành. Để nhanh chóng hội nhập, chiến lược được ưu tiên hàng đầu là tập trung nghiên cứu phát triển các công nghệ mới để chế tạo vật liệu mà hiện tại các cơ sở khác trong nước đang ít quan tâm. Sau khi có công nghệ mới sẽ tập trung nghiên cứu các vật liệu có khả năng ứng dụng cao.
1. Nghiên cứu chế tạo máy phát siêu âm: Siêu âm công suất cao được sử dụng để tổng hợp các hợp chất, hữu cơ, vật liệu điện tử có cấu trúc nanô. Sau gần 10 năm tập trung nghiên cứu cơ bản, đến nay chúng tôi đã hoàn toàn làm chủ công nghệ chế tạo được các loại gốm áp điện dùng cho máy phát siêu âm công suất. Từ vật liệu gốm áp điện nói trên, chúng tôi đã chế tạo thành công biến tử kiểu Langevin có tần số cộng hưởng tùy ý.
2. Nghiên cứu chế tạo thiết bị quay điện: Công nghệ quay điện đang được quan tâm một cách đặc biệt. Sự quan tâm đặc biệt này có thể bắt nguồn từ tính đơn giản của công nghệ, nhưng khả năng ứng dụng lại rất tiềm tàng và rộng lớn. Có lẽ đây là vấn đề mà đã đến lúc, chúng ta cần phải nhìn lại mình một cách nghiêm túc hơn về chính sách phát triển khoa học và công nghệ, đặc biệt là phát triển các công nghệ nguồn. Trên thị trường đã có những thiết bị thương mại, với giá khoảng 500 đến 1500 triệu đồng. Từ tháng 12/2013, chúng tôi tập trung nghiên cứu chế tạo và đến nay thiết bị quay điện đã bắt đầu hoạt động. Chúng tôi đặt tên cho thiết bị này là E-HUSC-01, vì đây là thiết bị Electrospinning đầu tiên của Việt Nam được chế tạo tại Trường Đại học Khoa học Huế.
3. Chế tạo vật liệu nanô và ứng dụng
a. Chế tạo TiO2 nano: Do có nhiều tính chất dị thường và khả năng ứng dụng trong các lĩnh vực mà TiO2 kích thước nanô được các nhà khoa học nghiên cứu, tổng hợp. Ứng dụng nổi bật của TiO2 kích thước nanô được nói đến nhiều trong thời gian gần đây là khử trùng diệt vi khuẩn và chống mốc; tự làm sạch và chống mờ hơi nước; xử lý nước thải, khí thải,..
Năm 2012, chúng tôi đã tạo được dòng sản phẩm sơn nanô TiO2/Ag. Sau khi phun tráng trên nền gạch men và nung ủ tại 6000C, lớp phủ TiO2/Ag ngoài tính năng diệt khuẩn, tự làm sạch còn có độ cứng cao hơn lớp men nền, không làm thay đổi màu của nền gạch. Hiện nay, chúng tôi có khả năng cung cấp cho các công ty có nhu cầu này với một lượng lớn (>1000 lít/ngày), giá rẻ (20.000-130.000đ/1 lít).
b. Tổng hợp dung dịch Ag nanô: Đến nay đã có trên 20 phương pháp chế tạo dung dịch Ag nano. Trên cơ sở phân tích ưu nhược điểm của từng phương pháp, chúng tôi đã đưa ra được phương pháp chế tạo dung dịch Ag nano sử dụng sự kết hợp của các phương pháp lý, hóa, sinh. Kết quả, chúng tôi đã chế tạo thành công dung dịch Ag nano môi trường nước ổn định có các nồng độ khác nhau.
– Sử dụng trong nuôi tôm: Tại Việt Nam, bệnh hoại tử gan tụy cấp tính ở tôm (EMS) bắt đầu xuất hiện từ năm 2010 và bùng phát mạnh từ tháng 3/2011, gây thiệt hại lớn cho người nuôi tôm. Tuy nhiên cho đến nay vẫn chưa tìm ra cách chữa trị triệt để. Trước tình hình đó, chúng tôi đã kết hợp với Công ty cổ phần Huetronics phát triển một loạt các sản phẩm nanô, trong đó có Ag nanô và triển khai ứng dụng phòng và trị bệnh trong nuôi tôm tại một số tỉnh trọng điểm nuôi tôm của Đông bằng sông Cửu long như Trà Vinh, Bến Tre, Tiền Giang, Bạc Liêu, Cà Mau,…
– Sử dụng trong nuôi cấy mô: HgCl2 được sử dụng là chất khử trùng phổ biến trong nuôi cấy mô. Kết quả nghiên cứu cho thấy nano bạc nồng độ 5 ppm ảnh hưởng tốt nhất đến khả năng tái sinh chồi từ đoạn thân.
c. Sử dụng trong chăn nuôi, thú y: Kết quả nghiên cứu cho thấy, dung dịch Ag nanô điều trị các vết thương trầy xước, lở loét, viêm trên bò kéo đạt 98%. Vết thương do thiến, hoạn trên lợn chữa khỏi 100% khi bôi trực tiếp vào vết thương. Liền, khỏi vết mổ sau 4 ngày. Các loại biểu hiện long móng, hà móng chữa khỏi đạt 93%. Dung dịch Ag nano sử dụng hiệu quả cao trong việc phòng và trị bệnh tiêu chảy đối với thỏ.
4. Một số kết quả chế tạo sợi nanô: Sử dụng phương pháp quay điện, chúng tôi đã chế tạo được các vật liệu PVA đường kính sợi trung bình cỡ 125 nm, tinh bột cỡ 180 nm, và hỗn hợp tinh bột – PVA cỡ 150 nm. Điều quan trọng nhất là độ bền kéo của tất cả các màng chế tạo bằng phương pháp quay điện đều cao hơn màng cùng loại chế tạo bằng phương pháp tráng khoảng 8 đến 10 lần.
CNNN đang trở thành mục tiêu theo đuổi toàn cầu và đang phát triển mạnh mẽ. KHNN & CNNN được coi là một bước ngoặc trong sự phát triển khoa học và công nghệ hàng đầu của thế kỷ 21. Nước ta đang trong quá trình đẩy mạnh CNH, HĐH thì việc tranh thủ thời cơ ứng dụng ngay ngành công nghệ kỳ diệu này vào sản xuất để đi tắt là một việc có ý nghĩa chiến lược. Nếu không nhanh chóng đầu tư vào lĩnh vực này, chắc chắn khoảng cách giữa chúng ta với các đơn vị nghiên cứu trong nước, thế giới sẽ ngày một xa hơn.
TS. Trương Văn Chương, TS. Lê Quang Tiến Dũng
Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế
