Nanomet là gì? Những điều có thể bạn chưa biết

Trong cuộc sống hàng ngày, luôn có những thuật ngữ mà chúng ta thường xuyên nghe thấy nhưng đôi khi bạn có thể chưa hiểu rõ về ý nghĩa của nó. Chẳng hạn, bạn đã nanomet là gì

Nanomet là gì?

Định nghĩa về nanomet

Móng tay của bạn dài ra khoảng một nanomet mỗi giây. Điều đó có nghĩa là chúng phát triển 86.400 nanomet trong một ngày, nhưng vẫn còn quá nhỏ để bạn nhận thấy sự khác biệt.

Nhìn vào khía cạnh khác. Nếu một nanomet dài bằng bàn chân của bạn, thì một centimet sẽ là khoảng cách từ New Zealand đến Úc.

Thật khó để nắm bắt được kích thước của một hạt nano. Vì vậy, hãy tưởng tượng nếu một hạt nano có kích thước bằng một quả bóng đá – hình ảnh này cho thấy các nguyên tử, tế bào và sinh vật sẽ so sánh như thế nào ở quy mô quen thuộc hơn.

Một nanomet là rất, rất nhỏ – có một triệu nanomet trong một milimet.

‘Nano’ có nghĩa là ‘một phần tỷ’ (một tỷ là một nghìn triệu), vì vậy:

• một nanomet là một phần tỷ mét
• một nano giây là một phần tỷ giây.

So sánh một nanomet với một số phép đo mà bạn quen thuộc hơn:

• một mét
• một centimet (một phần trăm mét)
• một milimét (một phần nghìn mét)
• micromet (một phần triệu mét)

Là một phần của Hệ đơn vị quốc tế ( SI ), ký hiệu chuẩn cho nanomet là nm.

Bảng số liệu đo lường theo hệ SI

So sánh kích thước nanomet với các đơn vị đo lường khác 

Bạn có thể đo mét , centimet và milimét bằng thước kẻ, nhưng đo bất cứ thứ gì nhỏ hơn thế thì khó hơn. Trên thực tế, thật khó để cố gắng tưởng tượng một thứ nhỏ như một phần tỷ mét. Sẽ hữu ích nếu bạn so sánh những thứ có kích cỡ khác nhau.

Kích thước nano là gì?

Không có định nghĩa cố định cho kích thước nano là gì, nhưng có một số điều rất quan trọng – kích thước nhỏ và các đặc tính khác nhau.

Kích thước hạt nano

Ít nhất một chiều (chiều cao, chiều dài hoặc chiều sâu) nhỏ hơn 100 nm:

• Một ống nano có thể dài hơn 100 nm, nhưng nó vẫn được gọi là hạt nano vì nó chỉ rộng khoảng 3 nm.
• Một màng vật chất rất mỏng có thể rộng nhiều centimet, nhưng nếu nó dày dưới 100 nm thì nó vẫn được gọi là màng nano .

Định nghĩa về kích thước nano này có xu hướng được sử dụng bởi những người tạo ra các thiết bị nhỏ như máy bơm và động cơ từ một vài nguyên tử hoặc bởi những người xử lý các lớp phủ bề mặt rất mỏng.

Nhiều hạt nano có hình quả bóng, vì vậy tất cả các kích thước đều nhỏ.

Tính chất hạt nano

Đối với nhiều nhà khoa học, mọi thứ ở cấp độ nano nếu chúng quá nhỏ đến mức chúng hiển thị các thuộc tính khác với vật liệu ở quy mô lớn. Điều này chủ yếu xảy ra khi các hạt có đường kính chỉ vài nanomet.

Ví dụ, bạn có thể biết rằng nước sôi ở 100ºC (ở áp suất 1 atm ), nhưng điều đó chỉ đúng với lượng nước lớn. Một giọt nước có đường kính chỉ 5 nm sôi ở 95,9ºC.

Một hạt nano có thể hoạt động khác với một hạt nano khác ngay cả khi nó chỉ khác một chút về kích thước. Nó có thể có màu khác, có thể có nhiệt độ nóng chảy khác hoặc có thể dẫn điện khác.

Vì vậy, có nhiều hơn một định nghĩa về ý nghĩa của kích thước nano. Học cách hiểu và sử dụng các tính chất khác nhau này của vật chất ở cấp độ nano là mục tiêu của khoa học nano

Về công nghệ nano được ứng dụng

Khoa học nano

Nghiên cứu về các nguyên tử, phân tử và vật thể có kích thước ở thang nanomet (1–100 nanomet).

Một nanomet (nm) là một đơn vị chiều dài trong hệ mét, bằng một phần tỷ mét (1 x 10-9 m). Nhiều người có thể đã nghe nói về nó trước đây–nó thường liên quan đến công nghệ nano và việc tạo ra hoặc nghiên cứu những thứ rất nhỏ. Một nanomet rõ ràng là nhỏ hơn một mét, nhưng bạn có thể tự hỏi nhỏ như thế nào? Hoặc, những loại nghề nghiệp hoặc sản phẩm trong thế giới thực nào hoạt động ở cấp độ nano này? Hoặc, làm thế nào nó liên quan đến các phép đo chiều dài số liệu khác?

Nguyên tử và tế bào

Kích thước nano thường bao gồm các kích thước từ một đến 100 nanomet, bao gồm mọi thứ từ cấp độ nguyên tử đến cấp độ tế bào. Virus có kích thước từ 50 và 200 nanomet. Độ dày trung bình của màng tế bào là từ 6 nanomet đến 10 nanomet. Một chuỗi xoắn DNA có đường kính khoảng 2 nanomet và các ống nano carbon có thể có đường kính nhỏ tới 1 nanomet.

Với những ví dụ đó, thật dễ hiểu rằng nó yêu cầu thiết bị chính xác và mạnh mẽ (ví dụ: kính hiển vi quét đường hầm) để tương tác với (tức là hình ảnh, đo lường, mô hình hóa, thao tác và sản xuất) các vật thể ở quy mô nano. Và có những người làm việc này hàng ngày trong các lĩnh vực như:

• Hoá học
• Sinh vật học
• Vật lý
• Khoa học vật liệu
• Kỹ thuật
• Công nghệ

Có rất nhiều ví dụ về các sản phẩm hiện đại được sản xuất trên quy mô nanomet. Một số loại thuốc nhỏ được thiết kế để có khả năng đưa thuốc đến các tế bào cụ thể. Các hóa chất tổng hợp hiện đại được sản xuất theo quy trình tạo ra các phân tử với độ chính xác nanomet. Các ống nano carbon được sử dụng để cải thiện tính chất nhiệt và điện của sản phẩm. Và điện thoại thông minh Samsung Galaxy S8 và máy tính bảng Apple iPad Pro (thế hệ thứ hai) đều có bộ vi xử lý được thiết kế ở quy trình 10 nm.

Tương lai sẽ có nhiều cơ hội hơn cho các ứng dụng khoa học và công nghệ ở kích thước nanomet. Tuy nhiên, nanomet thậm chí không phải là phép đo nhỏ nhất xung quanh! Kiểm tra bảng dưới đây để xem làm thế nào nó so sánh.

Trong các bộ vi xử lý

Việc sử dụng nanomet trong ngành công nghiệp bộ xử lý được liên kết trực tiếp với bóng bán dẫn, một thành phần chịu trách nhiệm khuếch đại tín hiệu điện và giúp kiểm soát dòng điện trong thiết bị. Các đơn vị xử lý được tạo thành từ hàng tỷ bóng bán dẫn nhỏ thực hiện các phép tính và xử lý mọi lúc.

Các nanomet của một con chip đo khoảng cách giữa các bóng bán dẫn trong cấu trúc của nó. Nói cách khác, một bộ xử lý có kiến ​​trúc 5 nm được sản xuất sao cho các bóng bán dẫn cách nhau 5 nm.

Quá trình sản xuất một bộ xử lý bao gồm một loạt các bước phức tạp, từ việc chiết xuất silicon từ cát đến việc áp dụng các nguyên tử trên tấm, trong một quy trình được gọi là quang khắc.

Và chính xác là ở một trong những giai đoạn đầu tiên, kiến ​​​​trúc của bộ xử lý được xác định – nghĩa là thiết kế với sơ đồ mạch và vị trí của từng thành phần, bao gồm cả khoảng cách giữa các bóng bán dẫn.

Không ngừng phát triển

Một kiến ​​trúc có ít nanomet hơn cũng có nghĩa là hiệu suất cao hơn cho chip và tiết kiệm năng lượng, vì khoảng cách giữa các electron trao đổi giữa chúng ngắn hơn và có ít lực cản hơn trong quá trình này.

Ngoài ra, các bóng bán dẫn ngày càng nhỏ hơn và bền vững hơn, giúp có thể đặt nhiều đơn vị bóng bán dẫn hơn trong không gian ít hơn sau mỗi lần thay đổi thế hệ.

Đây là một sự tiến hóa ban đầu được lý thuyết hóa bởi Định luật Moore, xuất hiện vào năm 1965 từ các nghiên cứu của Gordon Moore, người đồng sáng lập Intel. Theo ông, sức mạnh của máy tính sẽ tăng gấp đôi sau mỗi 18 tháng, kết quả của những tiến bộ trong nghiên cứu và sản xuất chất bán dẫn, bao gồm cả việc thu nhỏ các thành phần.

Tuy nhiên, trong những năm gần đây, điều này đã được các giám đốc điều hành của các công ty bán dẫn lớn đặt câu hỏi, vì lẽ ra đã đạt đến đỉnh của tốc độ dự kiến ​​hoặc thậm chí không được tôn trọng.

Ngay cả việc sử dụng nanomet làm đơn vị đo tiêu chuẩn cũng bị một số nhà nghiên cứu tranh cãi, nhưng nó vẫn được duy trì bởi những tên tuổi chính trong ngành.

Rốt cuộc, sự khác biệt về không gian giữa các bóng bán dẫn không chỉ ra chính xác mức tăng hiệu suất, vốn không được chuẩn hóa giữa tất cả các nhà sản xuất.