Quang tử là gì?

Quang tử là khoa học và công nghệ về ánh sáng và là nền tảng của phần lớn công nghệ hiện đại của chúng ta. Các công nghệ dựa trên ánh sáng rất phổ biến: từ màn hình điện thoại thông minh đến đèn pha ô tô, dụng cụ y tế đến internet, xã hội hiện đại về cơ bản dựa vào khả năng kiểm soát ánh sáng của chúng ta.

Công nghệ nano là một yếu tố quyết định cho nhiều ứng dụng, từ điện tử và năng lượng đến y học và sản xuất

             Quang tử cho phép chúng ta tạo ra, truyền tải, điều khiển và phát hiện ánh sáng, tạo điều kiện cho nhiều đổi mới quan trọng. Đối với các ngành sản xuất của các nước phát triển và đang phát triển, có rất nhiều công nghệ quang tử có thể áp dụng – từ cảm biến đến laser thông minh – và cả hai đều trực tiếp tạo ra sản phẩm và giám sát quá trình sản xuất.

            Trong sản xuất, ánh sáng thường được sử dụng để cắt và tạo mẫu vật liệu, nhưng nó cũng có thể cung cấp thông tin quan trọng về trạng thái của thiết bị và sản phẩm.

             Laser là một công cụ thiết yếu trong sản xuất, cho phép kiểm soát chính xác quá trình cắt, phay và khoan. Ngoài ra, ánh sáng có thể được sử dụng để sản xuất phụ gia và để tạo ra các chi tiết cực nhỏ. Ví dụ, ngành công nghiệp bán dẫn phụ thuộc vào kỹ thuật quang khắc (một kỹ thuật sử dụng ánh sáng để tạo ra các tính năng nhỏ) để tạo mẫu chip.

             Công nghệ quang tử cũng có thể được sử dụng để giám sát trực tiếp các quy trình sản xuất, cung cấp dữ liệu quan trọng về trạng thái của sản phẩm và thiết bị thông qua, ví dụ, cảm biến, hình ảnh và quang phổ; điều này bao gồm thông tin về hình học, vật liệu và bố cục, cũng như các đại lượng cụ thể như nhiệt độ và áp suất.

            Truyền dữ liệu bằng ánh sáng mang lại nhiều lợi ích quan trọng cho các nhà sản xuất; chẳng hạn, sợi quang và LiFi lần lượt mang lại lợi thế về tốc độ và bảo mật. Truyền dẫn an toàn, theo thời gian thực cho phép các quy trình sản xuất nhanh hơn và linh hoạt hơn, bao gồm tự động hóa – sản xuất theo nhu cầu thay vì dự đoán, bảo trì dự đoán và giảm thời gian ngừng hoạt động. Quy trình sản xuất dựa trên dữ liệu, linh hoạt hơn này đóng một vai trò quan trọng trong việc tạo ra các cặp song sinh kỹ thuật số, một phương tiện để trực tiếp tối ưu hóa sản xuất.

            Các thành phần quang tử cũng cho phép Lidar, cung cấp tầm nhìn cho rô bốt và cobot, đồng thời là chìa khóa để đào tạo thực tế ảo hoặc tăng cường và truy cập từ xa. Việc nhanh chóng phát hiện thiết bị bị lỗi hoặc các vấn đề sản xuất thông qua mạng lưới cảm biến cũng là chìa khóa cho phép các nhà sản xuất duy trì khả năng cạnh tranh. Đặc biệt, các cảm biến sợi quang cung cấp một phương tiện thuận tiện để xác định các vấn đề, chẳng hạn như phát hiện rò rỉ dọc theo đường ống. Những cảm biến này có lợi cho các nhà sản xuất do tính chất mạnh mẽ của chúng và không dễ bị nhiễu.

             Kết hợp với các công nghệ khác, chẳng hạn như kết nối IoT, AI và 5G, công nghệ quang tử đang cho phép sản xuất thông minh, dựa trên dữ liệu, còn được gọi là 'sản xuất thông minh'. Về mặt quan trọng, sản xuất thông minh cho phép dữ liệu được thu thập, truyền và xử lý nhanh chóng, do đó cho phép sản xuất linh hoạt, tối ưu hóa. Điều này rất quan trọng trong một thế giới mà chúng ta thường phải đối phó với những cú sốc toàn cầu và chưa từng có đối với chuỗi cung ứng.

Công nghệ nano là gì?

           Công nghệ nano liên quan đến việc phát triển các vật liệu và cấu trúc có kích thước nano để nhận ra các đặc tính mới bắt nguồn từ việc tăng diện tích bề mặt và hiệu ứng lượng tử. Nhìn chung, công nghệ nano có thể được coi là sản xuất nano, tạo ảnh nano và cảm biến, làm nền tảng cho vật liệu nano và các sản phẩm hỗ trợ. Các ví dụ tương ứng bao gồm quang khắc, kính hiển vi điện tử, ống nano carbon và chip máy tính.

            Công nghệ nano là một yếu tố quyết định quan trọng của một loạt các ứng dụng, từ điện tử và năng lượng đến y học và sản xuất.

           Vật liệu nano thường được tích hợp vào các sản phẩm để nâng cao hiệu suất của chúng và cung cấp các đặc tính riêng biệt. Có nhiều loại, chẳng hạn như vật liệu nano dựa trên carbon và kim loại, có thể sở hữu các đặc tính điện, cơ, nhiệt, từ, hóa học và quang học đáng chú ý.

Chương trình Smart Nano NI, bao gồm một tập đoàn gồm các công ty hàng đầu từ khắp Bắc Ireland (bao gồm cả Digital Catapult), có chuyên môn đáng kể về quang tử và công nghệ nano

           Ví dụ, các chấm lượng tử được sử dụng trong màn hình, với màu sắc của chúng là kết quả của sự giam cầm lượng tử. Diện tích bề mặt lớn hơn đáng kể do các hạt nano tạo ra so với các vật liệu khối có thể được khai thác trực tiếp cho vô số ứng dụng như trong bộ chuyển đổi xúc tác, nơi chúng làm giảm lượng kim loại cần thiết.

           Đối với vật liệu nano dựa trên cacbon, ống nano có thể dễ dàng tích hợp vào vật liệu để cải thiện độ bền của chúng đồng thời giảm thiểu trọng lượng. Chúng thường được sử dụng trong các mặt hàng thể thao, chẳng hạn như khung xe đạp và vợt tennis, cũng như vật liệu tổng hợp ô tô.

            Các ống nano đặc biệt hứa hẹn cho nhiều ứng dụng, nhờ các đặc tính vượt trội của chúng bao gồm tính dẫn điện và dẫn nhiệt cao; điện tử là một ví dụ quan trọng nhất, nơi chúng có thể kích hoạt tính linh hoạt cho các thiết bị đeo được. Tương tự, graphene, bao gồm một lớp nguyên tử carbon, cũng có khả năng gây rối do nó đặc biệt bền với tính dẫn nhiệt và dẫn điện cao – nó đã được sử dụng trong các sản phẩm từ dệt may đến lốp xe, với nhiều ứng dụng trong tương lai đang được khám phá.

          Các ví dụ khác về tiện ích đáng kinh ngạc của vật liệu nano bao gồm kim cương nano được tích hợp vào chất bôi trơn để nâng cao hiệu suất của chúng; các hạt nano bạc được sử dụng để giữ thực phẩm tươi nhờ đặc tính kháng khuẩn của chúng; lớp phủ nano để tự làm sạch, rào cản nhiệt, chống trầy xước và bao bì chống tĩnh điện; hạt nano titan dioxit làm kem chống nắng; và các hạt nano để phân phối thuốc theo mục tiêu.

          Vật liệu nano cũng có vai trò then chốt trong công nghệ lượng tử, chẳng hạn như trong trường hợp kim cương nano huỳnh quang và chấm lượng tử có thể đóng vai trò là nguồn photon đơn lẻ cho điện toán và truyền thông.

Điều gì tiếp theo cho công nghệ?

           Mặc dù đã có một loạt quy trình đáng kể được hưởng lợi từ những tiến bộ trong công nghệ quang tử và nano, nhưng năm 2023 có vẻ sẽ là năm mà những công nghệ này sẽ thâm nhập vào nhiều doanh nghiệp hơn, ngay trên khắp thế giới.

           Chương trình Smart Nano NI, bao gồm một tập đoàn gồm các công ty hàng đầu từ khắp Bắc Ireland (bao gồm cả Digital Catapult), có chuyên môn đáng kể về lượng tử ánh sáng và công nghệ nano, đồng thời đang phát huy thế mạnh độc đáo của lĩnh vực sản xuất trong khu vực để tạo ra một hệ sinh thái cho lượng tử lượng tử đẳng cấp thế giới sản xuất và chế tạo nano.

         Việc mở rộng ứng dụng cho quang tử và các trường hợp sử dụng mới nổi cho công nghệ nano đang giúp cách mạng hóa nhiều lĩnh vực, từ y học đến năng lượng. Quang tử đang ngày càng trở thành trọng tâm trong sản xuất và khả năng tạo ra các cấu trúc kích thước nano với khối lượng lớn sẽ ngày càng trở nên quan trọng khi công nghệ nano ngày càng phát triển. Do đó, cả hai công nghệ này sẽ đóng vai trò quan trọng, lâu dài trong việc phát triển các sản phẩm mới với hiệu suất được cải thiện và chức năng lớn hơn.

Tin bài: Nguyễn Văn Hảo

23-2-2023