Νανοτεχνολογία

Οι ιδέες της νανοτεχνολογίας χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά στην ομιλία "There's Plenty of Room at the Bottom", μια ομιλία που έδωσε ο επιστήμονας Richard Feynman σε μια συνάντηση της Αμερικανικής Φυσικής Εταιρείας στο Caltech στις 29 Δεκεμβρίου 1959. Ο Feynman περιέγραψε έναν τρόπο μετακίνησης μεμονωμένων ατόμων για την κατασκευή μικρότερων οργάνων και τη λειτουργία σε αυτή την κλίμακα. Ιδιότητες όπως η επιφανειακή τάση και η δύναμη Van der walls θα γίνονταν πολύ σημαντικές.

Η απλή ιδέα του Feynman φαινόταν δυνατή. Η λέξη "νανοτεχνολογία" εξηγήθηκε από τον καθηγητή του Επιστημονικού Πανεπιστημίου του Τόκιο Norio Taniguchi σε μια εργασία του 1974. Είπε ότι η νανοτεχνολογία είναι η εργασία της αλλαγής των υλικών κατά ένα άτομο ή κατά ένα μόριο. Στη δεκαετία του 1980 η ιδέα αυτή μελετήθηκε από τον Dr. K. Eric Drexler, ο οποίος μίλησε και έγραψε για τη σημασία των γεγονότων σε νανοκλίμακα . "Μηχανές της δημιουργίας: Η επερχόμενη εποχή της νανοτεχνολογίας" (1986) θεωρείται ότι είναι το πρώτο βιβλίο για τη νανοτεχνολογία. Η νανοτεχνολογία και η νανοεπιστήμη ξεκίνησαν με δύο βασικές εξελίξεις: την έναρξη της επιστήμης των συστάδων και την εφεύρεση του μικροσκοπίου σάρωσης σήραγγας (STM). Αμέσως μετά ανακαλύφθηκαν νέα μόρια με άνθρακα - πρώτα τα φουλερένια το 1986 και οι νανοσωλήνες άνθρακα λίγα χρόνια αργότερα. Σε μια άλλη εξέλιξη, οι άνθρωποι μελέτησαν πώς να φτιάχνουν νανοκρυστάλλους ημιαγωγών. Πολλά νανοσωματίδια οξειδίων μετάλλων χρησιμοποιούνται τώρα ως κβαντικές κουκκίδες (νανοσωματίδια όπου η συμπεριφορά των μεμονωμένων ηλεκτρονίων αποκτά σημασία). Το 2000, η Εθνική Πρωτοβουλία Νανοτεχνολογίας των Ηνωμένων Πολιτειών άρχισε να αναπτύσσει την επιστήμη στον τομέα αυτό.

Η νανοτεχνολογία διαθέτει νανοϋλικά τα οποία μπορούν να ταξινομηθούν σε νανοσωματίδια μίας, δύο και τριών διαστάσεων. Η ταξινόμηση αυτή βασίζεται σε διαφορετικές ιδιότητες που κατέχουν, όπως η σκέδαση του φωτός, η απορρόφηση ακτίνων Χ, η μεταφορά ηλεκτρικού ρεύματος ή θερμότητας. Η νανοτεχνολογία έχει διεπιστημονικό χαρακτήρα που επηρεάζει πολλαπλές παραδοσιακές τεχνολογίες και διαφορετικούς επιστημονικούς κλάδους. Μπορούν να κατασκευαστούν νέα υλικά που μπορούν να κλιμακωθούν ακόμη και σε ατομικό μέγεθος.

• Ένα νανόμετρο (nm) είναι 10-9 ή 0,000.000.001 μέτρο.
• Όταν δύο άτομα άνθρακα ενώνονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν ένα μόριο, η απόσταση μεταξύ τους κυμαίνεται μεταξύ 0,12-0,15 nm.
• Η διπλή έλικα του DNA έχει μήκος περίπου 2 nm από τη μία πλευρά στην άλλη. Αναπτύσσεται σε ένα νέο πεδίο της νανοτεχνολογίας του DNA. Στο μέλλον το DNA θα μπορεί να χειραγωγηθεί και αυτό θα οδηγήσει σε νέα επανάσταση. Το ανθρώπινο γονιδίωμα μπορεί να τροποποιηθεί ανάλογα με τις απαιτήσεις.
• Ένα νανόμετρο και ένα μέτρο μπορούν να εκληφθούν ως η ίδια διαφορά μεγέθους μεταξύ της μπάλας του γκολφ και της Γης.
• Ένα νανόμετρο είναι περίπου το ένα εικοσιπεντακοσιοστό της διαμέτρου μιας ανθρώπινης τρίχας.
• Τα νύχια μεγαλώνουν ένα νανόμετρο ανά δευτερόλεπτο.

Στη νανοκλίμακα οι φυσικές ιδιότητες του συστήματος ή των σωματιδίων αλλάζουν ουσιαστικά. Φυσικές ιδιότητες όπως τα φαινόμενα κβαντικού μεγέθους, όπου τα ηλεκτρόνια κινούνται διαφορετικά για πολύ μικρά μεγέθη σωματιδίων. Ιδιότητες όπως οι μηχανικές, ηλεκτρικές και οπτικές αλλαγές όταν το μακροσκοπικό σύστημα μετατρέπεται σε μικροσκοπικό, πράγμα που είναι εξαιρετικά σημαντικό.

Τα νανοϋλικά και τα σωματίδια μπορούν να δράσουν ως καταλύτης για να αυξήσουν τον ρυθμό αντίδρασης και να παράγουν καλύτερη απόδοση σε σύγκριση με άλλους καταλύτες. Ορισμένες από τις πιο ενδιαφέρουσες ιδιότητες όταν τα σωματίδια μετατρέπονται σε νανοκλίμακα είναι ότι ουσίες που συνήθως εμποδίζουν το φως γίνονται διαφανείς (χαλκός)- γίνεται δυνατή η καύση ορισμένων υλικών (αλουμίνιο)- τα στερεά μετατρέπονται σε υγρά σε θερμοκρασία δωματίου (χρυσός)- οι μονωτές γίνονται αγωγοί (πυρίτιο). Ένα υλικό όπως ο χρυσός, το οποίο δεν αντιδρά με άλλες χημικές ουσίες σε κανονική κλίμακα, μπορεί να αποτελέσει ισχυρό χημικό καταλύτη σε νανοκλίμακα. Αυτές οι ειδικές ιδιότητες που μπορούμε να δούμε μόνο στη νανοκλίμακα είναι ένα από τα πιο ενδιαφέροντα πράγματα της νανοτεχνολογίας.