Science for EveryOne:Einstein và Black Hole

Sáu T4 21, 2006 7:15 pm

topic được lập nhằm mục đích chia sẻ những khái niệm mới trong khoa học hiện đại cũng như ôn lại những giai thoại thú vị trong khoa học cổ điển.
Bài viết về công nghệ Nano được trích dẫn từ một trang khoa học thường thức có biên tập lại cho đơn giản và dễ hiểu hơn.

I/ Vật liệu nano là gì?

Vật liệu nano (nano materials) là một trong những lĩnh vực nghiên cứu đỉnh cao sôi động nhất trong thời gian gần đây. Điều đó được thể hiện bằng số các công trình khoa học, số các bằng phát minh sáng chế, số các công ty có liên quan đến khoa học, công nghệ nano gia tăng theo cấp số mũ. Con số ước tính về số tiền đầu tư vào lĩnh vực này lên đến 8,6 tỷ đô la vào năm 2004 [1]. Vậy thì tại sao vật liệu nano lại thu hút được nhiều đầu tư về tài chính và nhân lực đến vậy? Bài này sẽ điểm sơ qua về vật liệu nano, các phương pháp chế tạo, tính chất lí hóa, và các ứng dụng của chúng.
Khi ta nói đến nano là nói đến một phần tỷ của cái gì đó, ví dụ, một nano giây là một khoảng thời gian bằng một phần tỷ của một giây. Còn nano mà chúng ta dùng ở đây có nghĩa là nano mét, một phần tỷ của một mét. Nói một cách rõ hơn là vật liệu chất rắn có kích thước nm vì yếu tố quan trọng nhất mà chúng ta sẽ làm việc là vật liệu ở trạng thái rắn. Vật liệu nano là một thuật ngữ rất phổ biến, tuy vậy không phải ai cũng có một khái niệm rõ ràng về thuật ngữ đó. Để hiểu rõ khái niệm vật liệu nano, chúng ta cần biết hai khái niệm có liên quan là khoa học nano (nanoscience) và công nghệ nano (nanotechnology).
Khoa học nano là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tượng và sự can thiệp (manipulation) vào vật liệu tại các quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử. Tại các quy mô đó, tính chất của vật liệu khác hẳn với tính chất của chúng tại các quy mô lớn hơn.
Công nghệ nano là việc thiết kế, phân tích đặc trưng, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị, và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng và kích thước trên quy mô nano mét.
Vật liệu nano là đối tượng của hai lĩnh vực là khoa học nano và công nghệ nano, nó liên kết hai lĩnh vực trên với nhau. Kích thước của vật liệu nano trải một khoảng khá rộng, từ vài nm đến vài trăm nm. Để có một con số dễ hình dung, nếu ta có một quả cầu có bán kính bằng quả bóng bàn thì thể tích đó đủ để làm ra rất nhiều hạt nano có kích thước 10 nm, nếu ta xếp các hạt đó thành một hàng dài kế tiếp nhau thì độ dài của chúng bằng một ngàn lần chu vi của trái đất.

II/ Tại sao vật liệu nano lại có các tính chất thú vị?

Tính chất thú vị của vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước của chúng rất nhỏ bé có thể so sánh với các kích thước tới hạn của nhiều tính chất hóa lí của vật liệu. Chỉ là vấn đề kích thước thôi thì không có gì đáng nói, điều đáng nói là kích thước của vật liệu nano đủ nhỏ để có thể so sánh với các kích thước tới hạn của một số tính chất.Vật liệu nano nằm giữa tính chất lượng tử của nguyên tử và tính chất khối của vật liệu. Đối với vật liệu khối, độ dài tới hạn của các tính chất rất nhỏ so với độ lớn của vật liệu, nhưng đối với vật liệu nano thì điều đó không đúng nên các tính chất khác lạ bắt đầu từ nguyên nhân này.
Vật liệu sắt từ được hình thành từ những đô men, trong lòng một đô men, các nguyên tử có từ tính sắp xếp song song với nhau nhưng lại không nhất thiết phải song song với mô men từ của nguyên tử ở một đô men khác. Giữa hai đô men có một vùng chuyển tiếp được gọi là vách đô men. Độ dày của vách đô men phụ thuộc vào bản chất của vật liệu mà có thể dày từ 10-100 nm. Nếu vật liệu tạo thành từ các hạt chỉ có kích thước bằng độ dày vách đô men thì sẽ có các tính chất khác hẳn với tính chất của vật liệu khối vì ảnh hưởng của các nguyên tử ở đô men này tác động lên nguyên tử ở đô men khác.

III/ Chế tạo vật liệu nano như thế nào?

Các vật liệu nano có thể thu được bằng bốn phương pháp phổ biến, mỗi phương pháp đều có những điểm mạnh và điểm yếu, một số phương pháp chỉ có thể được áp dụng với một số vật liệu nhất định mà thôi.

1) Phương pháp hóa ướt (wet chemical)

Bao gồm các phương pháp chế tạo vật liệu dùng trong hóa keo (colloidal chemistry), phương pháp thủy nhiệt, sol-gel, và kết tủa. Theo phương pháp này, các dung dịch chứa ion khác nhau được trộn với nhau theo một tỷ phần thích hợp, dưới tác động của nhiệt độ, áp suất mà các vật liệu nano được kết tủa từ dung dịch. Sau các quá trình lọc, sấy khô, ta thu được các vật liệu nano.
Ưu điểm của phương pháp hóa ướt là các vật liệu có thể chế tạo được rất đa dạng, chúng có thể là vật liệu vô cơ, hữu cơ, kim loại. Đặc điểm của phương pháp này là rẻ tiền và có thể chế tạo được một khối lượng lớn vật liệu. Nhưng nó cũng có nhược điểm là các hợp chất có liên kết với phân tử nước có thể là một khó khăn, phương pháp sol-gel thì không có hiệu suất cao.

2) Phương pháp cơ học (mechanical)

Bao gồm các phương pháp tán, nghiền, hợp kim cơ học. Theo phương pháp này, vật liệu ở dạng bột được nghiền đến kích thước nhỏ hơn. Ngày nay, các máy nghiền thường dùng là máy nghiền kiểu hành tinh hay máy nghiền quay. Phương pháp cơ học có ưu điểm là đơn giản, dụng cụ chế tạo không đắt tiền và có thể chế tạo với một lượng lớn vật liệu. Tuy nhiên nó lại có nhược điểm là các hạt bị kết tụ với nhau, phân bố kích thước hạt không đồng nhất, dễ bị nhiễm bẩn từ các dụng cụ chế tạo và thường khó có thể đạt được hạt có kích thước nhỏ. Phương pháp này thường được dùng để tạo vật liệu không phải là hữu cơ như là kim loại.

3) Phương pháp bốc bay

Gồm các phương pháp quang khắc (lithography), bốc bay trong chân không (vacuum deposition) vật lí, hóa học. Các phương pháp này áp dụng hiệu quả để chế tạo màng mỏng hoặc lớp bao phủ bề mặt tuy vậy người ta cũng có thể dùng nó để chế tạo hạt nano bằng cách cạo vật liệu từ đế. Tuy nhiên phương pháp này không hiệu quả lắm để có thể chế tạo ở quy mô thương mại.

4) Phương pháp hình thành từ pha khí (gas-phase)

Gồm các phương pháp nhiệt phân (flame pyrolysis), nổ điện (electro-explosion), đốt laser (laser ablation), bốc bay nhiệt độ cao, plasma. Nguyên tắc của các phương pháp này là hình thành vật liệu nano từ pha khí. Nhiệt phân là phương pháp có từ rất lâu, được dùng để tạo các vật liệu đơn giản như carbon, silicon. Phương pháp đốt laser thì có thể tạo được nhiều loại vật liệu nhưng lại chỉ giới hạn trong phòng thí nghiệm vì hiệu suất của chúng thấp. Phương pháp plasma một chiều và xoay chiều có thể dùng để tạo rất nhiều vật liệu khác nhau nhưng lại không thích hợp để tạo vật liệu hữu cơ vì nhiệt độ của nó có thể đến 9000 C.
Phương pháp hình thành từ pha khí dùng chủ yếu để tạo lồng carbon (fullerene) hoặc ống carbon, rất nhiều các công ty dùng phương pháp này để chế tạo mang tính thương mại.
(theo vietscience.free)

Sáu T4 21, 2006 9:02 pm

Topic thật thú vị và bổ ích! [bounce]

Trước đây ore rất mơ hồ về khái niệm nano. Cứ nghĩ là bất cứ thứ gì cũng được tạo từ vật liệu nano (cũng đều là từ các hạt vật chất nhỏ gom lại mà thành).[bones] Bây giờ thì ore hiểu được chút ít rồi.:)

Vật liệu nano là những hạt cực nhỏ để tạo nên những thứ siêu nhỏ. Nó có thể tạo những cỗ máy nano (nano machine) có kích thước nhỏ hơn tế bào, chỉ bằng cỡ virus.

Kỹ thuật nano đã cho ra đời những vi mạch bán dẫn, RAM...rất quen thuộc với chúng ta. Theo mình được biết thì người đầu tiên đề cập đến "nano technology" là một người Nhật: ông 谷口 (東京理科大学) đưa ra vào năm 1974. Và tổng thống Bill Clinton là người phát xướng những chương trình nghiên cứu tầm cỡ quốc gia về nanotech (năm 2001). Hiện tại nanotech cũng là một ngành khoa học mũi nhọn của Nhật Bản.

Sáu T4 21, 2006 9:15 pm

Động cơ nhỏ nhất thế giới:

Các nghiên cứu gia tại California đã chế tạo ra một loại động cơ nhỏ nhất thế giới. Động cơ có chiều ngang mỗi phía chưa đến 0,2/000 mm cho một công suất thực lớn 20 phần triệu Watt.

Động cơ tý hon này có giúp cho Robot siêu nhỏ có thể bò được như các con nhộng.

Động cơ gồm có 2 giọt kim khí được dán bên ngoài những ống Nano làm bằng Carbon. Khi 1 dòng điện chạy qua những ông Nano Carbon, các nguyên tử kim loại sẽ hóan mình từ những giọt lớn dọc trên những ống Nano trở thành những giọt nhỏ. Qua đó năng lượng theo dạng điện áp sẽ được lưu trữ. Năng lượng sẽ biến đi một khi những giọt nhỏ lớn dần lên và chạm vào những giọt lớn.

Rồi thì cả 2 tạm thời tan chảy vào nhau, qua điểm tiếp cận này các nguyên tử lại chạy vào trong những giọt lớn để tạo nên trở lại 2 loại giọt kim loại, quy trình tạo năng lượng lại được bắt đầu. Vận tốc của động cơ được điều chỉnh qua 1 điện áp.

Bảy T4 22, 2006 11:55 pm

Những khái niệm được nhắc nhiều trong thời điểm hiện nay-thời điểm mà tin học đang bước đi những bước dài trên chặng đường phát triển của nó.Những khái niệm tưởng chừng đơn giản nhưng ko hẳn tất cả mọi người đều biết.Đây xem như là những ký tự A,B,C..trong bộ từ điển của "Tin Học hiện đại"

1. Computer Virus
Theo American Heritage từ điển thì đây là một loại chương trình cho máy tính được thiết kế để tự nhân bản và sao chép chính nó vào các chương trình khác (truyền nhiễm tính) cuả máy tính. Virus có thể rất nguy hiểm và có nhiều hiệu ứng tai hại như là làm cho một chương trình nào đó hoạt động không đúng hay huỷ hoại bộ nhớ cuả máy tính (độc tính).
Virus có ngăn trở chức năng tự sao chép đè lên các tệp mệnh lệnh khác
2) Spam Mail?
Cũng theo American Heritage thì đây là các e-mail (điện thư) vô bổ thường chưá các loại quảng cáo được gửi một cách liên tục và nơi nhận là một sách rất dài gửi từ các cá nhân hay các nhóm người. Đôi khi, nó dẫn dụ người nhẹ dạ, tìm cách đọc số thể tín dụng và các tin tức cá nhân cuả họ.
Như vậy, theo định nghiã thì các Spam mail không có “độc tính” hiểu theo nghiã có hại vật chất cho computer mà chỉ đôi khi làm chúng ta bực mình khó chịu hoặc đôi khi làm cho các thư từ khác thay vì nhận được thì lại bị trả về cho người gửi vi lí do hộp thư đã quá đầy!

Một chữ gần nghiã với Spam mail là Junk mail. Junk mail chỉ khác spam mail ở chỗ là nội dung cuả nó không phải là quảng cáo và được gửi đi từ chỉ một hộp thư
3) Spyware
Ðây là loại phần mềm chuyên thu thập các thông tin từ các máy chủ qua mạng Internet mà không có nhận thức cuả chủ máy . Một cách điển hình, Spyware được cài đặt một cách bí mật như là một bộ phận kèm theo cuả các chương trình freeware (phần mềm miễn phí) và shareware (phần mềm chia se) mà người ta có thể tải về từ Internet. Một khi đã cài đặt, spyware điều phối các hoạt động cuả máy chủ trên Internet và lặng lẽ chuyển các dữ liệu thông tin đến một máy khác (cuả những hacker) Spyware cũng thu thập tin tức về điạ chỉ e-mail và ngay cả mật khẩu cũng như là số thẻ tín dụng!!

Ngoài các vấn đề nghiêm trọng về đạo đức và tự do cá nhân bị xâm phạm, Spyware còn xử dụng (đánh cắp) từ máy chủ các tài nguyên cuả bộ nhớ (memory resource)chiếm băng thông khi nó gửi thông tin trở về chủ cuả các spyware qua liên kết Internet. Vì spyware dùng tài nguyên cuả bộ nhớ và cuả hệ thống, các ứng dụng chạy trong nền (background) có thể dẫn tới hư máy hay máy không ổn định.

Năm T4 27, 2006 11:38 am

Trong cuộc sống,ai cũng phải đối mặt với những vấn đề cần phải giải quyết.Để giải quyết 1 vấn đề dù nó ở lĩnh vực nào cũng cần có một cách thích hợp,nghĩa là bạn chẳng thể đặt ra được một quy luật chung nào cho việc giải quyết.Nhưng cách suy nghĩ-tư duy cũng là một môn khoa học và ngược lại bạn hoàn toàn có thể rèn luyện cho mình một khả năng-một phương pháp suy nghĩ về cách giải quyết.
Bài viết dưới đây đề cập đến Phuơngh pháp suy luận Sáng tạo Đảo ngược vấn đề-một phương pháp theo mình là khá thú vị vì chúng ta sẽ có một nhìn nhận khách quan về vấn đề phải giải quyết

Hồi còn bé, có một anh chàng sau khi "hoàn tất nghiã vụ Thanh Niên Xung Phong" (NTXP) về lại xóm cũ, anh ta hay kể cho lũ nhỏ chúng tôi nghe đủ thứ chuyện trên đời từ chuyện ăn con mối chuá sao cho ngon cho đến chuyện làm thế nào giết chết được ... con điả (dĩ nhiên đây mãi mãi chỉ là huyền thoai):

"Huyền thoại thời tuổi thơ thường cho rằng điả là con vật không thể nào giết được... vì đem chặt làm nhiêù đoạn thì y như rằng mấy hôm sau mỗi phần thân thể cuả con điả nguyên thuỷ sẽ biến thành một con điả con mới. Đã vậy, đem nó phơi khô cả năm cho đến muà mưa sau thi đỉa lại sống lại ... "dai như điả đói". Vậy mà anh hàng xóm TNXP đã tuyên bố với tụi nhỏ rằng anh ta đã thành công tìm ra phương pháp tiêu diệt con điả rất tuyệt vời .... Sau nhiều lần năn nỉ, chúng tôi mới đươc tiết lộ bí mật: "Muốn cho điả chết hẳn thì chỉ có nước ... lấy cây đuã ăn cơm đâm xuyên dọc vào đầu con đỉa và lôn trái nó từ trong ra ngoài (nghiã là bộ da con điả bây giờ trở thành ... bộ đồ lòng! "

Lúc đó tôi vô cùng kinh ngạc. Thật là "gớm" nhưng cũng thật là ....sáng tạo?!!! Không làm gì được thì "lộn trái" nó ra hổng chừng đó là phương cách giải quyết êm đẹp nhất cho vấn đề mà mình đang gặp

Thưa các bạn, phương pháp suy luận đảo lộn vấn đề đã được con người biết đến và sử dụng rất lâu đời. Ở trung học chúng ta cũng đã làm quen với lối suy luận này khi mà các HS lớp 10 được học về cách chứng minh phản chứng và HS còn được giới thiệu về luật De Morgan -- Augustus De Morgan (1806-1871). Tuy nhiên, với 1 cái nhìn thoáng hơn thì phương pháp đảo lộn vấn đề có rất nhiều cách áp dụng chớ không chỉ gói gọn trong vài thứ đã học.

Đảo lộn hay phủ định toàn bộ vấn đề
Đảo lộn hay phủ định một phần vấn đề
Đảo lộn hay phủ định chức năng
Đảo lộn hay phủ định hình dáng hay không gian (từ trên xuống, từ trong ra, ...)
Đảo lộn hay phủ định màu sắc hay đặc tính
Đảo lộn hay phủ định thứ tư hay thời gian
Đảo lộn hay phủ định về số hay chất lượng
Phản ví dụ.
Một số tình huống áp dụng: Như là các ví dụ minh hoạ thêm chúng tôi xin trích ra đây vài tình huống

Đôi khi bạn phải ở trong thế bị động không biết loay hoay để trả lời câu hỏi "Tai sao ...?" (why) thì có cách đơn giản để thay cách nhìn vấn đề là đặt ngược thành câu hỏi "Tại sao không?" (Why not?)

Câu chuyện cổ minh hoạ việc đảo lộn chức năng:
Vị hoàng đế muốn giết một nhà thông thái ông ta ra lệnh bỏ vào trong một bình sứ cao cổ hai viên hắc ngọc và truyền để bình sứ lên chung với 1 mâm thức ăn vô cùng thịnh soạn. Sau đó, cho goi nhà thông thái ra mà phán rằng:
"Sau nhiều lần nhà ngươi cãi lệnh trẫm, nay trẫm quyết định ban cho ngươi một ân huệ cuối cùng -- Ta đã bỏ sẵn vào bình sứ đặt trên mâm thức ăn trước mặt ngươi hai viên ngọc một viên là hồng ngọc còn viên kia là hắc ngọc. Nhà ngươi được ăn bất kì thứ gì trên mâm và sau đó nhà ngươi được lấy ra một viên ngọc từ trong bình sứ. Viên ngọc còn lại sẽ thuộc về ta. Tùy theo số phận cuả nhà ngươi, nếu ngươi lấy ra được viên hắc ngọc thì ta sẽ lệnh chém đầu ngươi lập tức"
.........
Nhà thông thái biết rất rõ là ông vua chỉ muốn giết mình nên chắc chắn bên trong bình sứ chỉ có hai viên hắc ngọc nên sau một hồi suy nghĩ ... ông ta quyết định thay vì ăn thức ăn trên bàn thì ông ta bình tĩnh cho tay vào bình sứ tóm lấy 1 viên ngọc trong lòng bàn tay và rút ra ... không để ai kịp thấy ... bỏ tỏm vào miệng nuốt chửng viên ngọc. Rồi tuyên bố với vua:
"Kính thưa hoàng thượng: thần đã ăn xong món ăn thần thích đó là viên ngọc mà ngài đã ban cho ... bây giờ xin ngài hãy xem xét viên ngọc còn lại trong bình nếu đó là viên màu đen thì thần đã nhận được viên hồng ngọc"

Dùng quan niệm hay cái nhìn "ngược ngạo" đôi cũng giúp tìm ra chân tướng cuả vấn đề
Tùy theo hướng nhìn mà thấy "vịt" hay "thỏ"

Phản ví dụ: Thay vì phải tìm cách chứng tỏ một luật A đúng cho một tổng thể S thì chỉ cần tìm ra một bộ phân nhỏ hay X trong tổng thể S mà luật A không còn đúng nưã và như vậy luật A lập tức bị phủ nhận.

Tiêu cực hoá các mệnh đề: Chẳng hạn như khi làm việc với các vấn đề về dịch vụ cho khách hàng, bạn có thể liệt kê tất cả các phương cách làm cho dịch vụ này trở nên tồi tệ qua đó bạn có thê7 kiếm ra được nhiều ý hay

Làm cái gì đó mà chưa ai thử: Thí dụ: Hãng máy tính Apple tiến hành nhiều thứ mà hãng IBM chưa từng. Các xe hơì Nhật thường nhẹ và sử dụng xăng hiệu quả hơn

Sử dụng Kim-chỉ-nam "Cái gì sẽ đến nếu ..." -- Liệt kê ra các cặp hành động trái ngược mà có thể áp dụng cho vấn đề bạn đang gặp và tự hỏi "Cái gì có thể đến nếu thay một đặc tính này bởi đặc tính đối nghịch?"

Đổi chiều/hướng hay đổi vị trí cuả cái nhìn.

"Đẩy-Kéo" các hiệu quả: Nếu muốn tăng sản lượng hàng tiêu thụ hãy nghĩ về việc giảm chúng

Hoán đổi thất bại với thành công và ngược lại: Nếu có viêc gì đó trở nên tồi tệ hày nghĩ về mặt tích cực cuả trạng thái đó. Chẳng hạn nếu máy computer bi hỏng, tôi mất nhiều thứ cất giữ trong đó, thì cái gì hay ho từ sự việc này có thể rút ra? Bài học: Cài đặt lại tốt hơn, hay không dùng nó nưã mà để toàn bộ thì giờ cho gia đình ...

Ba T5 09, 2006 12:33 am

Chúng ta không cần phải đợi đến tiểu thuyết của Jules Verne (1828-1905) để so sánh khoa học giả tưởng và khoa học hiện thực. Những phép thần thông biến hoá của Tề Thiên Đại Thánh đã từng làm cho "lão Tôn" xem trời bằng vung tưởng như chỉ là những câu chuyện thần kỳ trong ký ức ấu thơ thì bây giờ đã và đang trở thành những thực tế khoa học có tầm áp dụng trong công nghệ dân sự lẫn quốc phòng. Những con ruồi con muỗi hay một Tôn Ngộ Không tí hon theo thuật ngữ khoa học ngày nay là những bộ cảm nhận (sensors) mà những nhà khoa học ngày càng làm thu nhỏ lại (miniaturization) thành những trang cụ (devices) có tên là MEMS (micro-electromechanical systems: hệ thống cơ điện vi mô) có kích thước trong phạm vi micromet (µm = 10-3 milimet = một phần ngàn milimet; đường kính sợi tóc có kích thước một phần mười milimet). Người ta gắn MEMS vào những con robot nhỏ làm cho nó biết đi biết bay biết cảm nhận và truyền thông tin trong những công tác do thám hay phá rối rồi tự huỷ diệt sau khi hoàn thành sứ mệnh. Trong bài nầy, tôi không đề cập đến MEMS vì tính chất phức tạp và bao quát của nó nhưng có dịp sẽ trở lại trong một bài viết tương lai.

Trong thời Xuân Thu 2500 năm trước, nhà chiến lược Tôn Tử từng nói "Việc binh là việc giả dối" (Binh giả, ngụy đạo dã). Những chùm lông mà lão Tôn thổi ra hằng chục Tôn Ngộ Không giả làm choá mắt kẻ địch là vật nghi trang (decoy) thường được sử dụng trên chiến trường. Ở những cuộc giao tranh trên biển hay trên không người ta thường bắn ra những đám bụi kim loại (chaff) bay lơ lửng giữa không trung làm vật nghi trang khiến cho hoả tiễn địch tưởng lầm mục tiêu mà đâm sầm vào. "Tàng hình" (stealth) cũng có tác dụng "giả dối" như vật nghi trang. Nhà ảo thuật điển trai David Copperfield đã từng làm khán giả vừa thán phục vừa ngơ ngác khi ông ta làm tàng hình nguyên một toa xe lửa hay cả bức tượng nữ thần Tự Do của thành phố New York hay ông ta tự tàng hình từ bức tường bên nầy rồi xuất hiện sang bức tường bên kia của Vạn Lý Trường Thành. Cái mờ mờ ảo ảo bí mật nhà nghề của các ông xiếc ảo thuật thường cho người xem một ấn tượng kỳ bí khó hiểu. Kỹ thuật tàng hình "chân chính" được áp dụng trong quân sự cũng được bảo mật tuyệt đối và ít khi được công bố trên báo chí. Tuy nhiên, khác với việc tàng hình của David Copperfield khái niệm gọi là "tàng hình" được áp dụng trong máy bay "tàng hình" là một hiện tượng mà ta có thể thoải mái "bật mí" dưới ánh sáng của vật lý học.

Người ta thường bảo "Rõ như ban ngày" thể hiện sự cảm nhận rõ ràng của thị giác nhờ vào sự phản hồi (reflection) của ánh sáng từ vật thể đó vào mắt ta. Khi không còn sự phản hồi của ánh sáng như lúc về đêm thì sự cảm nhận của thị giác sẽ không còn hiệu quả đưa đến kết quả là ta sẽ không nhìn thấy vật thể đó hay ta sẽ "trông gà hoá cuốc". Nói ngược lại, nếu ta đi đêm trong bóng tối mà không muốn bị người khác phát hiện thì ta dùng kỹ xảo "đạo chích" mặc áo đen. Nếu ta lẫn vào bụi cây thì phải bôi mặt và ăn mặc rằn ri. Như vậy, trước mắt người xung quanh ta đã tàng hình nhưng ta vẫn hiện hữu không biến mất như nhiều người thường lầm tưởng.

Radar là một "thiên lý nhãn" dùng để "nhìn" sự di động của vật thể từ xa. Kể từ lúc radar được khám phá ở thập niên 30, radar đóng một vai trò quan trọng trong ngành hàng không và hàng hải, trong dân sự lẫn quốc phòng. Radar là một phần của phổ sóng điện từ có tần số của sóng radio trải dài đến sóng vi ba (microwave) và sóng milimet. Để định vị trí của một vật thể ở khoảng cách hằng trăm hoặc hằng ngàn cây số, ta phát sóng radar về hướng của vật đó. Ta "nhìn" được là nhờ sự phản hồi của radar từ vật thể đó mà ta bắt được nhờ máy thu (receiver) radar. Để làm vật thể "tàng hình", ta sẽ phủ lên vật thể nầy một lớp "sơn" có khả năng hấp thụ (absorption) radar ngăn chận sự phản hồi thì máy thu sẽ không nhận được hoặc nhận rất ít những làn sóng radar. Trên màn hình của chiếc máy thu ta sẽ không còn nhìn thấy vật thể hoặc chỉ thấy vật thể bị thu nhỏ rất khó phân biệt. Vật thể đã bị "tàng hình". Trên cái nguyên lý đơn giản nầy, "tàng hình" chẳng qua một hình thức ngụy trang (camouflage) bằng cách lợi dụng sự hấp thụ sóng radar cho đối phương một ảo giác. Có lẽ, điểm chung giữa tàng hình của David Copperfield và tàng hình quân sự là cùng tạo một ảo giác làm cho đối phương mờ mịt hoang mang.

Sự ra đời của những chiếc hỏa tiễn "lùng và diệt" có trang bị radar khiến cho các nhà khoa học quốc phòng chuyên tâm vào công tác nghiên cứu chống radar của phe địch. Khi ta có một tuyệt chiêu thì đối phương sẽ có một tuyệt chiêu cao hơn (countermeasure) để chống lại, ta lại sẽ có một tuyệt chiêu cao hơn nữa (counter-countermeasure) nếu muốn sống còn. Một trong những tuyệt chiêu chống hỏa tiễn có trang bị radar là thiết kế và chế tạo những vật liệu có khả năng hấp thụ radar để ngăn chận sự phản hồi. Lịch sử nghiên cứu của vật liệu có khả năng hấp thụ radar cũng có những quá trình dài tương đương với quá trình phát triển radar. Từ phương trình sóng điện từ Maxwell người ta có thể tính được độ phản hồi và hấp thụ radar của một vật liệu. Nếu là kim loại, radar sẽ không bị hấp thụ và bị phản hồi 100 %. Sự hấp thụ radar nhiều hay ít tuỳ vào điện tính và từ tính của vật liệu đó. Từ những tính toán nầy người ta thấy bột than (carbon powder), than chì (graphite) hay sợi carbon (carbon fibres) với một độ dẫn điện ở mức trung bình có thể trộn với sơn, polymer/plastic hoặc cao su để tạo vật liệu hấp thụ radar. Sơn có thể dùng để phủ lên những chiến đấu cơ. Những tấm cao su có thể dùng để che những nơi trọng yếu của tàu chiến. Ferrite là một loại bột oxyd sắt mang từ tính có thể hút radar trong vùng vi ba như carbon nhưng hữu hiệu hơn. Tiếc thay, ferrite có tỷ trọng nặng tương đương với sắt và dễ bị rỉ sét nên không thể sử dụng cho máy bay và ở trong môi trường ẩm và nóng. Với độ dầy vào khoảng vài mm những vật liệu nầy có thể hấp thụ radar trên 90 % và phản hồi 10 % ở một tần số radar nhất định. Trên màn hình radar, vật thể bị thu nhỏ lại. Nếu độ hấp thụ là 99 % thì vật thể to như chiếc máy bay sẽ "tàng hình" thành một vật có kích thước như con chim nhỏ trên màn hình. Nếu độ hấp thụ đạt đến con số lý tưởng 100 % (0 % phản hồi) thì vật thể hoàn toàn biến mất trên màn hình. Như vậy, nếu ta biết tần số radar của địch thì ta có thể tạo ra một vật liệu hút ở tần số đó. Thông thường tần số radar quân sự là cơ mật quốc phòng, tìm ra tần số của đối phương có lẽ thuộc về phạm vi hoạt động của James Bond 007! Để khắc phục khó khăn nầy, nhiệm vụ của các nhà khoa học là phải làm sao tạo ra một vật liệu vừa nhẹ vừa mỏng vừa có thể hút radar trên một băng tần dải rộng (broadband) và lại có thể sử dụng lâu dài mà không bị lão hoá. Đây là một vấn đề nghiên cứu đầy thử thách trong ngành vật liệu hiện tại.

Ba T5 09, 2006 12:34 am

Gần 8 năm trước, người viết và các đồng nghiệp phát hiện ra polymer (plastic) dẫn điện (electrically conducting polymers) cũng có tác dụng hấp thụ radar [1-2]. Khác với carbon với một độ dẫn điện nhất định, độ dẫn điện của polymer dẫn điện có thể được điều chỉnh tại chỗ lúc cao lúc thấp cho một khả năng chế tạo vật liệu hấp thụ radar "thông minh". Lúc ở thời bình, ta biến nó thành một vật liệu "ngu si" phản hồi radar; ở thời chiến nó trở thành "thông minh" hấp thụ radar.
Vào một ngày của tháng 12 năm 1989, sáu chiếc máy bay "tàng hình" Nighthawk F-117A của không lực Mỹ lần đầu tiên thực hiện phi vụ không kích vào những mục tiêu mềm nhằm mục đích uy hiếp chính quyền chống Mỹ tại Panama. Sáu chiếc máy bay đều lọt lưới trời radar của quân đội Panama, lặng lẽ bay vào không phận Panama không ai hay biết. Trên phương diện tác chiến tàng hình, phi vụ nầy được đánh giá là thành công mỹ mãn, mặc dù các phi công ưu tú của không lực Mỹ trong lúc tranh tối tranh sáng đã oanh tạc nhầm mục tiêu! Máy bay "tàng hình" B-2 và Nighthawk F-117A là những thành quả rực rỡ của những công trình nghiên cứu "mờ mờ ảo ảo" mà theo Tôn Tử thì đây là phương tiện "giả dối" dùng để trấn áp đối phương. Thừa thắng xông lên, không lực Mỹ liên tiếp triển khai B-2 và F-117A trên các chiến trường tại vùng Vịnh (1991) tại Yugoslavia (1999) và gần đây tại Iraq. Khác với máy bay bình thường được chế tạo từ nhôm, phần lớn cấu trúc của oanh tạc cơ chiến lược B-2 và chiến đấu cơ chiến lược F-117A được chế tạo từ hợp chất composite gồm polymer (plastic) và sợi carbon (carbon fibres). Nghe đâu chất muối kiềm Schiff (Schiff base salts) - một khám phá của Đại Học Canergie-Mellon (Mỹ) - cũng được hoà tan vào composite [3]. Muối kiềm Schiff có thể hấp thụ radar trên một băng tần dải rộng. Tuy nhiên, thiết kế của máy bay tàng hình không phải chỉ dừng ở việc chọn lựa vật liệu cấu trúc. Sự phản hồi của radar có thể làm giảm thiểu bằng cách thiết kế hình dạng của chiếc máy bay để phân tán (scattering) sóng radar của phe địch. Radar phản hồi rất mạnh trên những vật thể có góc vuông hay góc nhọn, nhưng nếu vật thể có hình dạng tròn hay góc tù thì radar sẽ bị phân tán khắp nơi. Thiết kế nầy là những hình dạng ta thấy ở B-2 và F-117A. Đó là những thiết kế tối ưu (optimization) để cân bằng hai hiệu ứng đối chọi là "tàng hình" và khí động lực học (aerodynamics) nâng cao tốc độ của một phản lực cơ. Bởi vì nếu "tàng hình" được nhưng chỉ bay "rề rề" thì cao xạ địch cũng có thể "vớt" như chơi.... Sự phối hợp của vật liệu hấp thụ radar và hình dạng có khả năng phân tán radar đã thu nhỏ oanh tạc cơ B-2 và chiến đấu cơ F-117A vào cỡ một con chim trên màn hình radar. Radar bị phản hồi từ máy bay ít hơn 1 %.

Độ lớn hiện trên màn hình radar được gọi là "tiết diện radar" (radar cross section). Nếu không có lớp phủ hút radar, tiết diện radar của một vật thể tỉ lệ thuận với kích thước vật thể đó. Một thí dụ là pháo đài bay B-52 không có lớp phủ hút và thiết kế phân tán radar nên tiết diện radar là 100 m2 rất lớn so với tiết diện radar của B-2 là 0.1 m2. Tương tự, Mig-21 và F-117A cùng kích thước nhưng tiết diện radar của Mig-21 là 4 m2 và của F-117A là 0.025 m2 [4] .

Ba T5 09, 2006 12:38 am

Tàu chiến tàng hình Z2

Oanh tạc cơ B-2

Chiến đấu cơ F-117A

Ba T5 09, 2006 12:40 am

Cái hoạt cảnh "đi đêm mặc áo đen, chui vào bụi mặc áo rằn" nghe như một việc làm mờ ám, đi ngang về tắt nhưng lại là những việc suy nghĩ vô cùng nghiêm túc của các chiến lược gia về "tàng hình học" lưu tâm đặc biệt cho tàu chiến và chiến đấu cơ tương lai. Hiệu ứng "con cắc kè hoa" (chameleon effect) của một lớp sơn polymer dẫn điện được nhóm của giáo sư John Reynolds (Đại Học Florida, Mỹ) nghiên cứu gần 10 năm qua [6]. Lớp phủ nầy có đặc tính đổi màu tuỳ theo điện thế được áp đặt vào vật liệu đó (electrochromism). Một chiếc tàu màu xám có thể biến thành màu xanh của biển. Một chiếc máy bay có thể biến thành màu thiên thanh da trời. Chúng ta có thể dự phóng trong vòng vài thập niên tới là một lớp sơn của polymer dẫn điện sẽ được phủ lên tàu chiến hoặc chiến đấu cơ mang hai cơ năng tàng hình: hấp thụ radar tầm xa của địch và khi đến gần địch đổi màu cho phù hợp với màu của môi trường xung quanh làm nhoà thị giác của đối phương. Tơ sợi cũng có thể "nhuộm" với các loại polymer dẫn điện để dệt một thành loại vải "thông minh" cho quân phục với tác dụng tàng hình giống như sơn. Khả năng nầy nghe như là một câu chuyện giả tưởng mông lung nhưng ở thời điểm hiện tại những khúc mắc khoa học để thực hiện được các hiệu quả nầy đang lần lần được giải mã [7]. Theo sự suy luận của người viết, sự xuất hiện của ống nano carbon (carbon nanotubes) có thể là một vật liệu thú vị cho kỹ thuật tàng hình nhất là khi kết hợp với polymer dẫn điện tạo ra composite. Hiện nay, vì giá thị trường của ống nano carbon rất cao ($100 - 500 USD/gram) nên vẫn chưa phải là một vật liệu thông dụng trong lĩnh vực nầy.

Kỹ thuật tàng hình cho đến ngày hôm nay vẫn chưa phải toàn bích, vì ta càng cố gắng tránh ánh mắt của địch thì địch càng dùng nhiều cách để soi mói ta. Chiếc Nighthawk F-117A bị bắn rơi trên chiến trường Yugoslavia (1999) chứng tỏ những sản phẩm công nghệ cao quốc phòng mà chính phủ Mỹ đã phải đầu tư hằng trăm tỷ Mỹ kim không phải là những sản phẩm vô địch. Hiện nay, B-2 và F-117A có thể bay lả lướt trong làn sóng radar vi ba (tần số Giga Herzt, độ dài sóng cm) mà không bị phát hiện. Nhưng ngoài phạm vi của sóng vi ba chẳng hạn như radar của sóng radio HF (tần số 5 - 28 Mega Herzt, độ dài sóng 11 - 60 m) hoặc sóng milimet (tần số 40 - 300 Giga Herzt) là những dải sóng có thể truy lùng được hai loại máy bay nầy [8].

Ngoài ra, nhiệt phát ra từ các buồng máy hoặc từ đầu, rìa cánh và đuôi máy bay do sự ma xát với không khí sẽ tạo ra bức xạ hồng ngoại (infrared). Bức xạ nầy được phát hiện dễ dàng bởi những thiết bị cảm ứng hồng ngoại (infrared sensor). Công ty Lockheed Martin chế ra loại sơn chứa sulphide kẽm (ZnS) nhằm giảm thiểu độ phát xạ hồng ngoại bằng cách di chuyển bức xạ nầy đến độ dài sóng có thể được hấp thụ bởi không khí xung quanh [9]. Ngoài sulphide kẽm những lớp phủ giảm bức xạ hồng ngoại bằng những vật liệu khác vẫn còn tiếp tục được nghiên cứu để nâng cao hiệu quả nầy đến mức tối đa.

"Đỉnh cao của trí tuệ loài người" lúc nào cũng được nâng cao dường như vô hạn bởi những thúc đẩy và thử thách liên tục trong nghiên cứu khoa học. Những thử thách nầy là những khoắc khoải triền miên nhưng lại là cái "thú đau thương" của những nhà khoa học. Làm khoa học như đeo đuổi một giai nhân vì khoa học cũng đẹp như giai nhân và cũng giống giai nhân ở chỗ khi càng đeo đuổi thì người đẹp càng đỏm dáng làm cao.... Khoa học càng đẹp khi khoa học phục vụ cho một mục tiêu hoà bình. Điều làm nhà khoa học bớt trăn trở với lương tâm của mình trong cuộc đấu trí chết người giữa "địch và ta" là ứng dụng hoà bình của những sản phẩm quốc phòng trong đó sự ứng dụng của radar là một thí dụ điển hình. Loại vải "thông minh" làm cho người mặc "tàng hình" trong những cuộc hành quân tác chiến có thể tiếp tục được nghiên cứu để chế thành loại vải cung cấp điện cá nhân từ năng lượng mặt trời (photovoltaic effect) hay làm mát người trong những ngày hè nóng bức, làm ấm người trong những đêm đông giá buốt (micro-climate control). Hãy nghĩ đến một ngày ta có thể dùng chiếc áo đang mặc trên người lợi dụng ánh sáng mặt trời tạo ra một điện thế để đổi màu áo cho vui, hay nạp điện cho chiếc điện thoại di động, hoặc chuyển sang cơ năng điều hòa nhiệt độ cơ thể nếu ta cảm thấy nóng nực hay rét buốt. Niềm mơ ước tuổi thơ muốn biến thành người hùng với bao phép thần thông như chú khỉ của Ngô Thừa Ân rồi đây cũng sẽ là hiện thực. Tôi nghĩ ngày ấy chắc không xa.
(VietSciences)

Hai T5 22, 2006 1:10 pm

Khối tinh vân Boomerang nằm trong chòm sao Centaure, cách trái đất 5000 năm ánh sáng đã được kính thiên văn Hubble chụp hình. Nhiệt độ nơi đó là 272°C dưới không độ, tức là chỉ cao hơn nhiệt độ tuyệt đối 1 độ mà thôi, còn lạnh hơn cả ánh sáng tỏa ra từ đáy vũ trụ (rayonnement de fond cosmologique)

Ðám mây lạnh này là kết quả của sự nổ một ngôi sao đang chết. Khối tinh vân (nébuleuse) tạo thành xung quanh ngôi sao sáng khi sao này tống lớp khí từ những lớp ngoài cùng của nó ra ngoài vũ trụ.

Theo lời những nhà thiên văn, tinh vân của Boomerang được tạo thành do một ngọn gió mang khí và bụi thổi tử ngôi sao trung tâm ra với vận tốc 600000 km/giờ. Sự bành trướng nhanh chóng này làm lạnh những phân tử khí cho đến 1°K

Science for EveryOne:Einstein và Black Hole

Ai đang trực tuyến?