Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Cách tiếp cận mới trong thiết kế vật liệu sử dụng công nghệ nano (08/05/2014)

Một ngày nào đó trong tương lai gần, người tiêu dùng sẽ được trải nghiệm những thiết bị điện tử thú vị và hấp dẫn, từ máy tính mỏng như tờ giấy đến vải điện tử, đây là kết quả của những vật liệu tiên tiến được các nhà khoa học thiết kế. Hiện nay, một số khám phá nổi bật đã được thực hiện. Để đổi mới hơn nữa, các nhà khoa học phải tìm cách làm thế nào để thiết kế chính xác các cấu trúc hóa học của vật liệu ở phạm vi nano để đạt được các đặc tính và chức năng vĩ mô đặc thù riêng.

Một nhóm nghiên cứu thuộc Phòng thí nghiệm Nguồn năng lượng Synchrotron quốc gia Brookhaven (NSLS), Hoa Kỳ đã tìm ra phương pháp mới để thực hiện điều đó. Họ đã tổng hợp được một lớp các phân tử lớn có thể tự sắp xếp thành những cấu trúc có trật tự khác nhau với kích thước đặc trưng nhỏ hơn 10 nanomet. Được gọi là "chất hoạt hóa bề mặt lớn" (Giant surfactant), các phân tử lớn này có các đặc điểm cấu trúc tương tự như của các chất hoạt hóa bề mặt nhỏ (là những hợp chất làm giảm đáng kể sức căng bề mặt giữa hai chất lỏng, như các chất tẩy rửa), nhưng chúng có thể chuyển hóa thành các hạt nano phân tử chức năng thông qua cách kết hợp với các chuỗi polime. Vật liệu thiết kế có đặc tính đặc biệt bởi chúng nối liền khoảng cách giữa các chất hoạt hóa bề mặt phân tử nhỏ và các copolime khối truyền thống và vì thế thể hiện "tính đối ngẫu" trong các hành vi tự sắp xếp của chúng.

Theo Stephen Cheng, Bộ môn Khoa học và kỹ thuật polime, trường Đại học Akron người phụ trách công trình nghiên cứu cho biết, loại vật liệu này giúp tạo ra một nền tảng linh hoạt để thiết kế các cấu trúc nano mang đặc trưng kích thước nhỏ hơn 10 nanomet, đây là một cấp độ rất phù hợp với thiết kế trong lĩnh vực công nghệ nano và vi điện tử. Kết quả nghiên cứu có thể giúp hiểu biết sâu hơn về các nguyên tắc hóa lý đằng sau cơ chế tự sắp xếp.

Các chất hoạt hóa bề mặt đóng vai trò to lớn trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, mặc dù hầu hết mọi người đều không nhận thức được về điều đó. Chúng hiện diện trong các chất tẩy rửa và xà phòng, chất kết dính, sơn, nhựa, mực in, và nhiều sản phẩm khác. Chúng cũng là một bộ phận quan trọng trong nghiên cứu về vật liệu.

Các hoạt chất bề mặt lớn có khả năng linh hoạt hơn so với các hoạt chất nhỏ do có lợi thế vừa là một polime vừa là chất hoạt hóa bề mặt. Chúng đặc biệt được chú ý trong lĩnh vực điện tử bởi vì chúng có thể tự lắp ráp thành những miền nano (nanodomain) có kích thước chỉ vài nanomet. Kích thước này là điều cần phải đạt được để có thể liên tục giảm kích cỡ các chip máy tính, nhưng bằng các công nghệ thông thường là điều khó đạt được. Việc sản xuất các loại màng mỏng kích cỡ nano, nền tảng cơ sở của chip máy tính hiện đại có thể chịu tác động trực tiếp của các hoạt chất bề mặt lớn. Nếu có thể sản xuất ra các loại màng có kích thước ở phạm vi nano, điều này có thể mở đường cho thiết kế các chíp máy tính mật độ cao hơn và nhanh hơn.

Nhóm nghiên cứu đã sử  dụng nhiều phương pháp để nghiên cứu các mẫu hoạt chất bề mặt lớn khác nhau dưới dạng lớp màng mỏng, cũng như ở dạng khối và trong dung dịch. Công trình nghiên cứu sử dụng kỹ thuật tán xạ mang tên GISAXS (grazing-incidence small-angle x-ray scattering) sử dụng chùm tia X9 tại phòng thí nghiệm NSLS. GISAXS rất thích hợp cho nghiên cứu các mẫu màng mỏng có đặc điểm tự sắp xếp ở kích cỡ nano, trong khoảng từ 5 đến 20 nanomet, và có thể cho các nhà nghiên cứu biết về hình dạng, kích thước và định hướng của các đặc điểm này cùng với những thông tin khác. Nó được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu màng mỏng tự lắp ráp với các đặc điểm kích cỡ nano.

Nguồn:  www.vista.vn (Theo Nanowerk News)