Những con đường phát triển từ nghiên cứu đến ứng dụng

ống nano các bon:
Ngay từ những năm đầu mới ra đời, ống nano cac bon đã khẳng định được vị trí của mình “nếu thế giới nano có một ông vua, thì ống nano các bon là chiếc gậy quyền uy của ông vua đó”. Vì vậy mà nó đã thu hút được nhiều người nghiên cứu lý thuyết về cấu trúc và các tính chất của ống nano các bon đơn tường và đa tường. Đặc biệt là khi phát hiện ra các tính chất ưu việt về cơ, lý tính của nó như là: bền hơn thép 100 lần nhưng lại nhẹ hơn 1/6 trọng lượng của thép, thì những nghiên cứu, ứng dụng ngày càng được đẩy mạnh với một tốc độ phi thường và đạt được nhiều kết quả kỳ diệu. Các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm gần đây trên cơ sở ống nano riêng lẻ chủ yếu là ống nano các bon đa tường, đã khẳng định rằng: các ống nano các bon là vật liệu cứng nhất được làm từ trước đến nay. Hệ số modul young của nano các bon đa tường trung bình xác định được là 1,8 GPa trong khi đó, kim cương là 8 - 10 GPa. Hiện nay, ống nano các bon được sử dụng trong nhiều lĩnh vực: vật liệu comporzit, màng hiển thị siêu phẳng phát xạ trường, đèn chiếu sáng và các linh kiện điện tử nano, các bộ tích trữ hiđrô để làm pin nhiên liệu, các linh kiện điện hoá, linh kiện cảm biến…
Hiện nay ở Việt Nam, Viện Công nghệ vật liệu đã thử nghiệm, chế tạo ống các bon bằng phương pháp CVD sử dụng hỗn hợp khí C2H2+ H2 và thiết bị không phải mua mà do Viện tự chế tạo như: lò nung nhiệt độ cao, buồng phản ứng, ống thạch anh với hệ van điều khiển lưu lượng khí một cách chính xác. Sau nhiều lần thí nghiệm, vào tháng 10 năm 2002, lần đầu tiên Viện đã chế tạo thành công ống nano các bon, sử dụng phương pháp tán xạ vi raman kết hợp với phương pháp hiển vi điện tử quét. Viện đã xác định được vật liệu để chế tạo ống nano các bon có kích thước khoảng 30-50 nanomet. Đây mới chỉ là thành công bước đầu, song nó mở ra một khả năng nghiên cứu phát triển, nhằm tiến tới chế tạo loại vật liệu quý giá này ở Việt Nam.
Màng giống kim cương chế tạo bằng phương pháp CVD:
Đây là vật liệu được chế tạo bằng phương pháp CVD, thường được gọi là màng giống kim cương hay còn gọi tắt là CVD kim cương. Chất lượng của nó được chế tạo phụ thuộc một cách quyết định vào hệ thiết bị và các thông số của qui trình công nghệ. CVD kim cương có thể có các tính chất như kim cương tự nhiên như là: có cấu trúc lập phương tâm diện với cấu hình liên kết sp3. Khi kim cương có lẫn graphít thì có thêm cấu hình liên kết sp2. Loại vật liệu này gọi là “các bon như kim cương”, nó có độ cứng và độ dẫn nhiệt cao nhất, hơn nữa CVD kim cương có độ bền hoá học cao ngay cả ở nhiệt độ 7000C cùng với độ rộng vùng cấm khoảng 5ev, nên nó là vật liệu truyền qua cho mọi miền bước sóng ngay cả vùng khả kiến. Từ những ưu việt đó, mà hiện nay, CVD kim cương đã được ứng dụng rất rộng rãi và mang lại nhiều hữu ích như làm phiến tản nhiệt cho các chíp. Khi các linh kiện ngày càng thu nhỏ, thì lượng nhiệt toả ra trên một thể tích là rất lớn. Để đảm bảo cho các IC làm việc bình thường, đòi hỏi nhiệt phải được tiêu tán nhanh. Kim cương nhân tạo có độ dẫn nhiệt cao, cách điện tốt là vật liệu ưu việt cho yêu cầu này. Một số ứng dụng nữa cũng rất quan trọng, đó là: làm màng bảo vệ chống cơ học và hoá học, làm Micro tip phát xạ điện tử để chế tạo kính hiển vi điện tử quét tunnel, màn hình phẳng, đặc biệt là công nghệ điện, điện tử khác ở kích thước nanomet, các linh kiện điện tử hoạt động ở nhiệt độ cao, các linh kiện quang học.
Mặc dù có nhiều ưu việt, nhưng kim cương nhân tạo vẫn không thể tránh khỏi những hạn chế đó là, độ cứng của nó cao, nên khó gia công, lại chế tạo trong điều kiện áp suất thấp và nhiệt độ cao nên không đơn giản khi phối hợp với qui trình liên hoàn chế tạo các linh kiện điện tử. Đó là điều thách thức cần phải được khắc phục trong tương lai.
ở Việt Nam, việc nghiên cứu công nghệ chế tạo CVD kim cương được Viện Khoa học vật liệu bắt đầu thực hiện từ năm 2001, với kết quả thu được trong 2 năm là: xây dựng thiết bị và chế tạo CVD kim cương bằng phương pháp lắng đọng hoá học từ pha hơi có dây xúc tác, gọi tắt là CAT- CVD,  hoặc HI- CVD, sử dụng hỗn hợp khí C2H2 và nghiên cứu chế tạo màng CVD kim cương trên hệ thống thiết bị này. Đây là hệ thiết bị được xây dựng trên cơ sở một hệ chân không cao, đã được cải tiến và bổ sung một số bộ phận như: Buồng lắng đọng kim cương được chế tạo bằng thép, lưu tốc kế khí có độ tinh chỉnh cao, bộ giá mẫu và đế bằng dây điện trở. Bước đầu Viện đã chế tạo thành công màng CVD kim cương chân đế Silic định hướng, nhiệt độ đế có thể thay đổi dòng đốt điện trở. Kết quả đáng mừng là viện đã chế tạo dược màng giả kim cương dày 1Nm được kiểm tra bằng chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét và đo phổ tán xạ Raman.
Từ kết quả khả quan ấy, đến năm 2002, lãnh đạo Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ Quốc gia đã quyết định phê duyệt Dự án đầu tư chiều sâu, cho phép Viện Khoa học vật liệu mua hệ thiết bị lắng đọng hoá học từ pha hơi bằng sóng micromet tăng cường plasma (MW-CVD),  Micro Wave plasma enhenced CVD (MEP-CVD). Hệ máy này có kí hiệu A * 5200  1,5Kw  đã được lắp đặt ở Viện Khoa học vật liệu vào giữa năm 2003. Đây là một thiết bị hiện đại, được nhiều phòng thí nghiệm nổi tiếng trên thế giới sử dụng vào chế tạo màng kim cương. Vật liệu sử dụng để chế tạo kim cương chủ yếu là CH4 và H2. Đây là hai loại khí không quá đắt khi mua. Đặc biệt trong thời gian vừa qua, Viện đã cử một số cán bộ có trình độ cao đi học tập, thực tập, và cùng tham gia thực hiện đề tài nghiên cứu về màng kim cương và ống nano Cácbon tại Nhật và Hàn Quốc. Đây mới chỉ là kết quả bước đầu, song nó đã mở ra một triển vọng đáng mừng cho công nghệ nano ở Việt Nam, và nó báo hiệu một tương lai rằng, công nghệ nano ở Việt Nam đang trên đà phát triển.