Nhìn lại lựa chọn công nghệ nano

Ở các bài viết trước, chúng ta đã lần lượt tìm hiểu về công nghệ nano từ góc nhìn của người nghiên cứu, người học, và người làm. Ở bài viết cuối này, chúng ta thử nhìn lại lựa chọn công nghệ nano từ đòi hỏi của một xã hội thông tin hiện đại.

Hình ảnh minh họa cho thuốc công nghệ nano trong tương lai gần, dẫn thuốc đến đúng tế bào cần được điều trị.

Nhất nghệ tinh

Các cụ ta thường có câu “Nhất nghệ tinh nhất thân vinh”, “Một nghề cho chín còn hơn chín nghề”, đề cao việc tinh thông một nghề hơn là nghề nào cũng biết nhưng không biết đến nơi đến chốn. Công nghệ nano, như ta biết, là một lĩnh vực đa ngành nghề, vậy nếu theo đuổi đến cùng thì liệu có phải ta đang đi theo “chín nghề” hay không?

Công nghệ nano đúng là một “bùng binh” của nhiều ngành kết hợp lại. Theo đuổi công nghệ nano, người học sẽ được trang bị kiến thức đa ngành, có thể nói nôm na là “chín ngành”, nhưng các kiến thức đa ngành này cuối cùng sẽ được sử dụng cho một mục đích cụ thể.

Ta có thể lấy ví dụ về pin mặt trời. Pin mặt trời hay tấm panel pin mặt trời trên nền phiến silic đơn tinh thể hay đa tinh thể là một vật thể kích thước lớn đến hàng mét vuông. Vật thể này là sản phẩm cuối bán cho người tiêu dùng và nó chắc chắn không phải là đối tượng trực tiếp của công nghệ nano. Tuy nhiên, quá trình chế tạo ra các pin mặt trời từ các phiến silic có rất nhiều bước công nghệ được phát triển hoặc hỗ trợ phát triển bởi công nghệ nano như: (i) tạo nhám bề mặt (texturization) cấu trúc micro hoặc nano nhằm giảm phản xạ ánh sáng¹, bước khuếch tán phosphorus với độ sâu khoảng vài trăm nano mét trên bề mặt phiến đã tạo nhám, (ii) phủ màng chống phản xạ SiNx có bề dày khoảng 80 đến 100 nano mét trên bề mặt phiến đã khuếch tán,  (iii) in điện cực chứa các hạt nano bạc hoặc nano nhôm² lên bề mặt phiến silic và gia nhiệt nhanh tạo tiếp xúc xuyên qua lớp chống phản xạ³. Như vậy rõ ràng theo học công nghệ nano là một lựa chọn thích hợp cho người nào muốn theo đuổi sự nghiệp trong lĩnh vực sản xuất và chế tạo pin mặt trời. Ngoài pin mặt trời thì việc chế tạo các cảm biến, các loại pin nhiên liệu hay các linh kiện trung gian… cũng tương tự như vậy, lựa chọn học công nghệ nano là bước đầu tiên để theo đuổi và phát triển nghề nghiệp đến mức tinh thông trong mỗi lĩnh vực kể trên.

Như bài viết về cơ hội cho người học công nghệ nano tại Việt Nam ở số báo trước chỉ ra, ngoài lĩnh vực nghiên cứu đặc biệt phù hợp với công nghệ nano, các cơ hội nghề nghiệp trong lĩnh vực chế tạo và sản xuất cũng rất cao, vấn đề là người học nano có thể đóng vai trò hoặc chiếm vị trí nào. Rõ ràng, với các kiến thức và kỹ năng được trang bị, người học nano sẽ vượt quá yêu cầu năng lực đối với vị trí của một công nhân làm công việc lặp đi lặp lại. Người học công nghệ nano sẽ phù hợp với các vị trí thiên về quản lý, hoặc kỹ sư công nghệ chịu trách nhiệm đảm bảo vận hành trơn tru một khâu sản xuất dựa trên các đánh giá phân tích thu được từ thực tế sản xuất; hay cao hơn là kỹ sư công nghệ chịu trách nhiệm căn chỉnh vận hành toàn bộ dây chuyền sản xuất. Người học công nghệ nano cũng đặc biệt phù hợp với các vị trí thiên về nghiên cứu phát triển trong các nhà máy sản xuất trong các lĩnh vực pin mặt trời và các linh kiện bán dẫn, cảm biến, quang điện tử. Tất nhiên, các vị trí này tương đối hiếm do không phải công ty sản xuất nào cũng đầu tư nghiên cứu và phát triển tại Việt Nam.

Liệu người học công nghệ nano sau khi đã phát triển một thứ “biết làm” đến mức tinh thông thì có thể tạo ra sản phẩm cụ thể đáp ứng nhu cầu của thị trường và tổ chức công việc kinh doanh dựa trên sản phẩm này không? Câu trả lời dĩ nhiên là có thể. Một trong những đặc điểm của công nghệ nano là tạo ra tính chất và hiệu ứng mới khi kích thước vật liệu linh kiện nhỏ hơn một kích thước tới hạn. Từ đó sẽ kéo theo các sản phẩm mới đáp ứng các nhu cầu cũ hoặc tạo ra các nhu cầu mới khác hẳn các sản phẩm đang bán trên thị trường. Kinh doanh các sản phẩm mới này chính là đặc điểm của một doanh nghiệp khởi nghiệp. Do đó công nghệ nano về mặt bản chất đặc biệt thích hợp cho các doanh nghiệp khởi nghiệp. Cầm trên tay một chiếc điện thoại di động thông minh, nghĩa là ta đang cầm một sản phẩm tích hợp rất nhiều các sản phẩm trung gian mà mỗi sản phẩm trung gian được chế tạo và phát triển bởi một doanh nghiệp khởi nghiệp,ví dụ như gia tốc kế⁴, từ kế^5, con quay⁶, cảm biến vân tay⁷ dựa trên công nghệ vi cơ điện tử⁸ hay đèn LED⁹, camera¹⁰, microphone¹¹ hay bộ khuếch đại tín hiệu sóng vô tuyến¹², bộ lọc sóng âm¹³… Có rất nhiều doanh nghiệp khởi nghiệp trong lĩnh vực công nghệ nano trên thế giới, tuy nhiên ở Việt Nam thì khá ít. Lý do là nếu tập trung vào việc chế tạo các linh kiện cấu trúc nano để đưa vào chuỗi giá trị toàn cầu của một sản phẩm thì ta sẽ phải gia nhập cuộc cạnh tranh khốc liệt. Làm được điều này tại các nước phát triển đã khó thì ở Việt Nam càng khó hơn bởi sự phối hợp giữa các nguồn lực đầu tư cơ bản của nhà nước và nguồn đầu tư thương mại hóa của tư nhân, một yếu tố then chốt thúc đẩy cho sự ra đời của những sản phẩm như vậy, còn hạn chế. Do đó, hướng đi thích hợp hơn cho các doanh nghiệp khởi nghiệp tại Việt Nam trong lĩnh vực công nghệ nói chung là sử dụng và tích hợp các sản phẩm trung gian có hàm lượng công nghệ nano cao.

Công nghệ nano hướng tới một xã hội thông tin hiện đại

Ví dụ về một xã hội thông tin hiện đại được hỗ trợ bởi công nghệ nano. Các ô nền màu xanh thể hiện các công nghệ hoặc hệ thống được phát triển hỗ trợ một phần hoặc toàn phần nhờ công nghệ nano¹⁴.

Quá trình phát triển công nghệ nano đã trải qua ba giai đoạn cơ bản. Ở giai đoạn đầu tiên, vi điện tử (microelectronics) và điện tử nano (nanoelectronics) chính là động cơ hỗ trợ cho sự phát triển của công nghệ thông tin, trong đó, việc tiểu hình hóa các chi tiết và linh kiện theo định luật Moore chính là nguồn gốc của tiến bộ công nghệ. Càng tới cuối giai đoạn đầu, việc tiểu hình hóa các linh kiện điện tử càng gặp nhiều khó khăn. Điều này dẫn tới việc sử dụng các linh kiện lượng tử (cùng với sự phát triển của thông tin lượng tử) và các vật liệu cấu trúc nano mới. Sang giai đoạn thứ hai – Việt Nam đang ở giai đoạn này – việc sáp nhập các lĩnh vực khác nhau như khoa học vật liệu, sinh học, hóa học, công nghệ thông tin và truyền thông đóng vai trò quan trọng, hay tính đa ngành nổi lên như là động cơ của sự phát triển, theo đó, các linh kiện kích thước nano ngoài việc thực hiện các công việc tính toán (như hỗ trợ cho công nghệ thông tin) còn được trang bị thêm một chức năng cụ thể, như các chip điện tử có thêm tính năng sinh học có khả năng chẩn đoán, phân tích và điều trị sinh học; hay các hạt nano được phủ thêm một lớp sinh học sử dụng cho mục đích dẫn thuốc đến nơi cần trị bệnh cụ thể ở bệnh nhân. Bước vào giai đoạn thứ ba, các hệ thống nano hay các hệ thống được tăng cường bởi công nghệ nano được trang bị thêm khả năng thông minh nhằm đáp ứng các đòi hỏi cụ thể của con người như ở ví dụ được minh hoạ dưới đây về một xã hội thông tin hiện đại, trong đó hầu như tất cả các hệ thống đều được hỗ trợ hoặc tăng cường bởi công nghệ nano. Thứ nhất, việc thu thập và truyền dữ liệu của tất cả các hệ thống được thực hiện dựa trên mạng các cảm biến (có thể coi đây là IoT). Các dữ liệu thường được ghi nhận ở dạng thô và mang tính đo lường. Thứ hai, các dữ liệu này được lưu trữ, xử lý tại một trung tâm bằng các thuật toán dữ liệu lớn cũng như các hệ trí thông minh nhân tạo. Ở đó, đến lượt mình, các hệ trí thông minh nhân tạo lại tăng cường năng lực thông minh cho các mạng cảm biến. Các hệ thống thông minh được nhắc đến ở trên phục vụ trực tiếp cho cuộc sống hằng ngày của chúng ta như (i) nhà thông minh, (ii) văn phòng làm việc thông minh, (iii) không gian di chuyển thông minh an toàn và tiện lợi, và (iv) chăm sóc sức khỏe từ xa và y tế thông minh.

Thiết nghĩ, những người theo học công nghệ nano ở các bậc cần nắm được xu thế phát triển đó của ngành để có những lựa chọn phù hợp với sở thích và khả năng của bản thân.
—–

¹ Một mặt phẳng phản xạ ánh sáng tốt, do đó việc làm nhám bề mặt phẳng của phiến silic, kéo theo giảm phản xạ, là một công đoạn quan trọng trong quy trình chế tạo pin mặt trời.
² Để in được điện cực pin mặt trời, quy trình in lưới được áp dụng với mực in là một loại keo bao gồm các hạt nano bạc hoặc nano nhôm và một số dung môi đệm khác.
³ Lớp chống phản xạ SiNx không dẫn điện, nhưng lại nằm trên bề mặt pin mặt trời, do đó việc tạo được điện cực và làm điện cực xuyên qua lớp SiNx một cách đơn giản là điều vô cùng quan trọng. Bằng cách gia nhiệt nhanh, các điện cực được in trên bề mặt có thể đi xuyên qua lớp SiNx và đạt được tiếp xúc trực tiếp trên phiến silic, đồng thời các hạt nano bạc sẽ đóng khối tăng độ dẫn của lưới điện cực.
⁴ Gia tốc kế – Accelerometer, là linh kiện nhằm xác định gia tốc chuyển động của điện thoại.
⁵ Từ kế – Mangetometer là linh kiện điện tử nhằm đo từ trường. Các app la bàn trong điện thoại thông minh sử dụng phần lớn tín hiệu từ linh kiện này.
⁶ Con quay – Gyroscope, là linh kiện nhằm xác định vận tốc quay theo các trục của điện thoại di động.
⁷ Cảm biến vân tay – Finger print sensor, là linh kiện điện tử dùng để xác định vân tay của người dùng, các thế hệ mới nhất của cảm biến vân tay sử dụng các vật liệu áp điện và sóng siêu âm nhằm đưa vị trí cảm biến tới nơi thuận tiện.
⁸ Vi cơ điện tử – MEMS/NEMS, là công nghệ tích hợp đặc biệt cho phép một con chip điện tử được tăng cường các tính năng về cơ học ở kích thước micro hoặc nano.
⁹ LED – Light emitting device, là linh kiện trong đó phần tử phát sáng là một diode có cấu trúc lớp nano dựa trên 2 loại vật liệu bán dẫn dẫn điện khác loại.
¹⁰ Camera là một hệ tích hợp bao gồm các thấu kính nhỏ và một chip ảnh chế tạo dựa trên công nghệ CMOS (complementary metal oxide semiconductor).
¹¹ Microphone là linh kiện dùng để thu giọng nói trên điện thoại di động, trong các thế hệ mới nhất microphone là các linh kiện vi cơ điện tử.
¹² Bộ khuếch đại tín hiệu vô tuyến – RF power amplifier, bất kỳ điện thoại di động nào cũng cần các linh kiện này để tăng cường tín hiệu sóng vô tuyến thu được.
¹³ Bộ lọc sóng âm – SAW – BAW filter, là linh kiện có khả năng lọc sóng âm điều biên trong sóng vô tuyến.
¹⁴ Dịch và vẽ lại với sự chấp thuận của CRDS-JST dựa trên báo cáo JST-CRDS “Nanotechnology and Materials R&D in Japan (2015): An Overview and Analysis”, Hình 4, trang 15, 2016
http://www.jst.go.jp/crds/pdf/en/CRDS-FY2015-XR-07.pdf