Nano: Công nghệ của tương lai

E-mail | Bản in | Lưu xem sau

Nghiên cứu không chỉ đưa ra những giải pháp thích hợp với các vấn đề thường gặp trong phát triển, nó còn mở ra nhiều triển vọng mới cho tương lai. Khi muốn sản xuất một sản phẩm, người ta phải tính đến thị hiếu của người tiêu dùng, tính đến hiệu quả của vật dụng như kích thước nhỏ, trọng lượng không lớn, chức năng tốt, tiện lợi trong sử dụng với giá thành không đắt, có nhiều khả năng thực hiện được... Khoa học Nano hay công nghệ Nano là một trong những giải pháp có thể đáp ứng được những yêu cầu này.
   
Công nghệ Nano – khoa học của thế kỷ XXI

Công nghệ Nano có thể cung cấp nhiều giải pháp cho những vật liệu mới với qui mô kích thước nanomet (phần tỷ của mét) thay thế cho những nguyên liệu truyền thống đang dần cạn kiện. Người ta đã chế tạo được những hạt, sợi, tấm, ống nano carbon chiều dài tính bằng micromet. Những ống nano carbon (CNTs) minh chứng cho sự hoàn hảo của lý thuyết công nghệ nano.

Giá thành sản xuất những sản phẩm tuyệt vời này đang ở mức rất cạnh tranh, quá trình nghiên cứu đã và đang phát sinh nhiều nội dung khoa học hấp dẫn cũng như các triển vọng sáng sủa. Nhiều thành quả bước đầu đã và đang được ứng dụng mang tới lợi ích cho cộng đồng như cung cấp năng lượng sạch, sản xuất và truyền tải điện năng hiệu suất cao, cung cấp nước sạch với các hệ thống lọc hiệu quả hơn, các loại hàng hóa tiêu dùng trong đời sống hàng ngày như vải, sợi, hàng may mặc,... Ngoài ra, các ứng dụng trong bào chế dược phẩm , chẩn đoán và chữa trị bệnh,... bước đầu đã cho những kết quả hết sức khả quan.

Các nước phát triển trên thế giới đã nhìn nhận khoa học và công nghệ Nano như một trong những lĩnh vực triển vọng nhất của thế kỷ XXI này. Sự đầu tư cho công nghệ Nano của các quốc gia này trong thời gian qua là một minh chứng rõ ràng cho tầm quan trọng của khoa học đầy mới mẻ này. Theo các thống kê không chính thức, Mỹ đã chi 3,7 tỷ USD cho việc phát triển công nghệ Nano, Nhật Bản cũng đã chi hơn 3 tỷ USD, Cộng đồng châu Âu chi khoảng 2,7 tỷ USD và có thể tăng lên 7,5 tỷ trong khoảng thời gian 2007 – 2013.

Không chỉ là mối quan tâm của các nền kinh tế hàng đầu thế giới, công nghệ Nano cũng thu hút không ít các quốc gia đang phát triển như Trung Quốc, ấn Độ, Brazil, Nam Phi, Achentina, Chi lê, Mê hi cô,…

Theo các kết quả mới đây, trong công nghệ hiển thị, CNTs và công nghệ chế tạo đi kèm đã được áp dụng vào sản xuất các màn hình nano phẳng khổ lớn mỏng và nhẹ có nhiều tính năng vượt trội về hình ảnh, kích thước, tuổi thọ cũng như độ tin cậy. Các điện cực của màn hình được thay thế bằng những CNTs đảm bảo có tính dẫn điện tốt, giảm nhiệt đến mức tối đa kể cả công suất tiêu thụ điện năng và giá cả.

Trong công nghiệp vật liệu, các linh kiện nano như hạt, tấm, dây hoặc ống nano đang được nghiên cứu về tính chất cơ học, như độ bền của các vật liệu ở cấp nano để chuyển giao sang cho các composit nano rồi sau đó tạo ra các vật liệu cứng hơn, nhẹ hơn và dẻo hơn bất cứ loại vật liệu nào. Chẳng hạn như công nghệ tạo ra sợi dệt đang được ứng dụng trong đời sống từ các loại vải và chất phủ bảo vệ cho đến những vật liệu tính năng cao cho công nghệ quốc phòng và vũ trụ.

Việc chế tạo ra tấm vật liệu trong suốt, mỏng như giấy, mềm dẻo nhưng lại dai, bền như thép cũng không vượt ra khỏi phạm vi của công nghệ Nano. Vật liệu Nano kết hợp được độ bền, độ cứng, độ trong suốt, nhiệt độ xử lý thấp và chịu lửa. Những đặc tính này sẽ rất có ích trong sản xuất các linh kiện phụ tùng cho đường dây tải điện, kể cả các kết cấu như sứ cách điện, cột điện, máy điện…

Hiện nay, trong sản xuất điện năng đã ứng dụng công nghệ này để sản xuất pin mặt trời rất mỏng, các thiết bị là những tấm nano cacbon rộng nhưng rất nhẹ, có khả năng chịu lực tốt, kể cả việc in, khắc trên các tấm này. Nếu kết quả nghiên cứu tốt và được ứng dụng rộng rãi, đây sẽ là cơ hội tốt để sản xuất hàng loạt, cạnh tranh mạnh với năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt hiện nay. Đặc biệt đối với các quốc gia còn gặp khó khăn về kinh tế và khá dồi dào nguồn tài nguyên “nắng” từ mặt trời như Việt Nam.

Việt Nam với những bước khởi đầu

Trong xu thế chung của thế giới, Việt Nam cũng đã đầu tư phòng thí nghiệm công nghệ nano khoảng 5 triệu USD tại thành phố Hồ Chí Minh. Hiện tại Viện Khoa học Vật liệu ở Việt Nam đang nghiên cứu ứng dụng nhiều loại vật liệu kích thước nano như vật liệu chấm lượng tử để làm chất đánh dấu sinh học, vật liệu từ với kích thước nano ứng dụng trong y học, vật liệu nano cho chiếu sáng hiệu năng cao, vật liệu xúc tác kích thước nano, chế tạo sensor đo độ ẩm, độ cồn, chế tạo các đầu dò cho các kính hiển vi quét đầu dò phân giải cao, tạo nguồn phát xạ điện từ công suất thấp.

Ngoài các nghiên cứu định hướng ứng dụng lâu dài liên quan đến tính chất phát xạ trường – nhiệt điện từ của vật liệu CNTs, một số ứng dụng gần đây như chế tạo vật liệu tổ hợp ống carbon nano trong cao su chịu mài mòn cao, chế tạo các lớp mạ tổ hợp có độ cứng cao; vật liệu tổ hợp epoxy hấp thụ sóng rada; điện cực cho các siêu tụ điện; vật liệu tản nhiệt cho các linh kiện điện tử công suất lớn..., đã được tiến hành thử nghiệm khá thành công. Công nghệ làm sạch sử dụng vật liệu CNTs đạt hiệu suất trên 95%, năng suất trong phòng thí nghiệm đạt 100-300g/ngày, giá vật liệu này sẽ tương đương với sản phẩm của Trung Quốc, khoảng 0,5 USD/g.

Ngày nay, bằng CNTs, người ta đã chế tạo được những sợi dây với đường kính 30 micromet có sức chịu đựng gấp 10 lần và nhẹ hơn 6 lần so với dây được chế tạo bằng thép. Thành quả này đang mở đường cho nhiều ứng dụng trong khoa học kỹ thuật, gần gũi nhất là có thể thay thế cho dây đồng trong hệ thống truyền tải điện năng và tín hiệu. Tuy nhiên, vẫn phải nghiên cứu thêm tính dẫn điện và chịu nhiệt của dây nano.

Trong nghiên cứu khoa học không thể chỉ chờ đợi kết quả chuyển giao công nghệ của thế giới, mà thậm chí khi nhận chuyển giao công nghệ cũng không hẳn là nhập thiết bị hiện đại, vấn đề là phải nhập được các tri thức. Nano là một công nghệ mới, rất khó để các nước đang phát triển như Việt Nam nhận được sự chuyển giao “cởi mở” từ các quốc gia phát triển. Chính vì vậy, đây vừa là cơ hội, cũng là thách thức cho các nhà khoa học trẻ của Việt Nam.

Tuy nghiên cứu về CNTs thuộc lĩnh vực công nghệ cao, nhưng không vì thế mà phải chờ hàng chục năm nữa Việt Nam mới có đủ khả năng ứng dụng công nghệ này. Trong điều kiện hiện nay, nhiều doanh nghiệp với cơ sở thí nghiệm của mình và các trường đại học hoàn toàn có thể khai thác các tính chất siêu việt của loại vật liệu này. Tuy vậy, một trở ngại lớn trong khoa học công nghệ nói chung của Việt Nam hiện nay là các doanh nghiệp vẫn chưa có thói quen và nhu cầu bắt tay với các phòng thí nghiệm trong hoạt động nghiên cứu và phát triển (R&D).

Phần lớn các Tập đoàn kinh doanh sản xuất không muốn đầu tư lâu dài cho khoa học công nghệ, thường đi tắt bằng cách nhập thiết bị để nhanh chóng có sản phẩm; trong khi đó 40 – 50% đồng vốn lại được kinh doanh sang các lĩnh vực khác không chuyên ngành, như bất động sản, ngân hàng, chứng khoán, thương mại, du lịch… Cũng có không ít quan điểm coi lợi nhuận kinh tế trước mắt là trên hết, chẳng hạn như nhập khẩu hay chuyển giao công nghệ có thể tránh được quá trình thăm dò lâu dài chậm chạp. Một kết quả nghiên cứu khoa học cơ bản lớn từ khâu nghiên cứu, thí nghiệm, thiết kế đến đầu tư sản xuất thông thường cần trải qua thời gian trên dưới 10 năm, còn nhập công nghệ nước ngoài chỉ cần thời gian 2 -3 năm là có thể đầu tư sản xuất. Do đó, nhập công nghệ cũng có thể đẩy nhanh tiến trình cải tiến công nghệ.

Trước đại chiến thế giới thứ 2, nước Nhật sở dĩ trở thành cường quốc của châu á cũng là do đã tiến hành cải cách mạnh mẽ từ thời Minh Trị, trong đó nước này rất coi trọng nhập khẩu khoa học tiên tiến có liên quan của phương Tây. Sau đại chiến, hoạt động này của Nhật thậm chí còn sôi động hơn, nhiều ngành nghề hiện đại hóa đều được xây dựng trên cơ sở công nghệ tiên tiến được nhập khẩu từ các nước trên thế giới.

Song, không phải vì thế mà Nhật Bản không đầu tư cho phát triển khoa học công nghệ, các tập đoàn rất coi trọng chiến lược đầu tư cho hoạt động R&D với kinh phí tăng dần hàng năm. Trong một thời gian dài, tổng chi quốc nội cho R&D của Nhật luôn dẫn đầu các nước công nghiệp phát triển với tỷ lệ 2,4 – 3% GDP.

Còn ở Việt Nam, việc quĩ nghiên cứu khoa học công nghệ hạn chế những đề tài không thiết thực và không hiệu năng là một chủ trương rất thiết thực, tiết kiệm được khoảng 300 tỷ đồng mỗi năm. Nhưng khoản này lại không được tái đầu tư một cách hiệu quả, gây lãng phí lớn cho quốc gia. Xu thế hội nhập và sự phát triển khoa học công nghệ trên toàn thế giới đòi hỏi các quốc gia phải tập trung hơn nữa cho kinh tế tri thức nếu muốn cạnh tranh hiệu quả hơn, Việt Nam cũng không nên đứng ngoài xu thế này./.
    

(PGS.TS Nguyễn Hiền - Tạp chí kinh tế và dự báo)