CHƯƠNG 3 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA ỐNG NANO CARBON
3.7 Cảm biến công nghệ Nano
Hiện nay có rất ít cảm biến ứng dụng hoàn toàn công nghệ nano, Georgia đã phát minh ra một thiết bị đối trọng nhỏ nhất thế giới nhờ lợi dụng đặc tính điện cơ và đặc biệt của ống nano carbon.
nghiên cứu còn có thể đếm tần số dao động cộng hưởng của ống nano carbon khi có và khi không có hạt phân tử. Phương pháp này có thể dùng để đo độ dao động của các hạt đơn phân tử sinh học phân tử.
3.7.2 Tĩnh điện kế
Một thiết bị tĩnh điện kế sử dụng công nghệ nano do Cleland và Roukes thuộc viện nghiên cứu công nghệ California tạo ra .Tĩnh điện kế này gồm có bộ cộng hưởng cơ xoắn, cực phát hiện, và một cực nửa. Loại tĩnh điện kế nano này có dải phát hiện ở dải tần thấp hơn và cho kết quả chuẩn hơn so với các loại tĩnh điện kế hiện có.
3.7.3 Cảm biến hóa học:
Trong nhiều năm qua đã có nhiều loại cảm biến khí sử dụng công nghệ nano được nghiên cứu và phát triển. Chẳng hạn như cảm biến khí hyđrô được nối với mạng cảm biến không dây để phát hiện khí hyđrô trong môi trường, cảm biến hóa học dùng để phát hiện phân tử khí như NO2 và NH3.
SnifferSTAR, một hệ thống cảm biến hóa học đa năng và rất nhẹ (Hình 3.11), là một ví dụ điển hình về tiềm năng ứng dụng của công nghệ nano trên chiến trường. Hệ thống đặc biệt này sử dụng các vật liệu nano đặc biệt để thu thập các mẫu vật và các mục tiêu trong quân sự. Trong tương lai SnifferSTAR có thể được sử dụng trong quân đội, an ninh quốc phòng, và là thiết bị lý tưởng cho các loại phương tiện không người lái như loại máy bay không người lái.
Hình 3.11 Cảm biến nano hóa học SnifferSTAR được tích hợp trong máy bay không người lái.
3.7.4 Cảm biến sinh học:
Bên cạnh hóa học và vật lý, công nghệ nano cũng đang tiến dần vào lĩnh vực sinh học. Công nghệ nano giúp chúng ta tạo ra một loại cảm biến có độ nhạy cao, có khả năng phát hiện được đa dạng các phân tử sinh học. [11]
3.7.4.1 Cấu tạo:
Các nhà khoa học thuộc NASA đã gắn hàng triệu các CNTs có kích thước từ 30- 50nm lên bề mặt của một con chip silicon. Khi các ống nano có gắn DNA được nhúng vào một dung dịch trong đó có vô số những phân tử DNA được thả sẵn vào dung dịch này từ truớc, thì DNA trên con chip hút những phân tử trong dung dịch và tự tăng thêm suất dẫn điện. Bằng cách này các nhà khoa học có thể tạo ra một thiết bị cảm biến đa năng.
3.7.4.2 Chíp cảm biến sinh học.
Các chuyên gia thuộc ĐH Illinois (Hoa Kỳ) đã dùng ống nano carbon để chế tạo thành công chip cảm biến sinh học. Đây là chip cảm biến có thể dò chất ô nhiễm ở dưới mức tế bào.
Hình 3.14 Chíp cảm biến [12]
Nguyên tắc : Các nhà khoa học đã nghiên cứu một mẩu DAN dưới dạng dung dịch xoắn kép quanh bề mặt của ống nano carbon thành ống chỉ có một lớp đơn nhất. Do vậy, DNA sẽ có một hình dạng nhất định. Khi DNA này phơi nhiễm với các ion của những nguyên tử nhất định như canxi, thủy ngân và natri, hình dạng của nó thay đổi. Hình dạng thay đổi làm cho diện tích bề mặt được phủ DNA giảm đi, khiến cấu trúc điện tử bị xáo trộn. Do đó, khả năng phát huỳnh quang cận hồng ngoại tự nhiên của ống nano bị chuyển xuống mức năng lượng thấp hơn. Sự thay đổi mức năng lượng chỉ ra lượng ion bám vào DNA. Loại bỏ các ion này sẽ phục hồi mức năng lượng cho DNA. Như vậy, có thể tái sử dụng chip cảm biến.
Ngoài ra còn nhiều ứng dụng khác: Cảm biến nano còn có tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như giao thông đường bộ, đường thủy, đường hàng không và vũ trụ; viễn thông; cho các tòa nhà; phục vụ trực tiếp con người (như kiểm tra sức khỏe), và phục vụ cho ngành robot. Ngoài ra, cảm biến nano đang ngày càng được tích hợp rộng rãi trong các thiết bị và sản phẩm trong quân sự. Nhiều công ty có kế hoặc sản xuất vật liệu nano hàng loạt trong đó có cảm biến nano.