Wat is nanotechnologie? – Nanotechnologie definiëren

Nanotechnologie definiëren

De term “nanotechnologie” heeft de afgelopen jaren veel aandacht gekregen in de media. Nieuwsberichten hebben nanotechnologie aangekondigd als de volgende wetenschappelijke revolutie – met beloften van snellere computers, genezing van kanker en oplossingen voor de energiecrisis, om er maar een paar te noemen. Maar wat is “nanotechnologie” nu precies? En kan zij al deze beloften waarmaken?

De formele definitie van nanotechnologie van het National Nanotechnology Initiative (NNI) luidt:

Nanotechnologie is het begrip en de beheersing van materie in afmetingen tussen ongeveer 1 en 100 nanometer, waar unieke verschijnselen nieuwe toepassingen mogelijk maken.

De nanotechnologie, die wetenschap, techniek en technologie op nanoschaal omvat, omvat het afbeelden, meten, modelleren en manipuleren van materie op deze kleine schaal.

De NNI-definitie kan worden teruggebracht tot drie basisbegrippen:

1. Nanotechnologie is heel, heel klein.

   Als iets op nanoschaal is, dan meet het tussen de 1 en 100 nanometer (nm) in ten minste één van zijn dimensies. Als iets zo klein is, is het veel te klein om met onze ogen te zien, of zelfs met een gewone lichtmicroscoop. Wetenschappers hebben speciale instrumenten moeten ontwikkelen, zoals scanning probe microscopen, om materialen op nanometerschaal te kunnen zien.

   Sommige materialen hebben zich ALTIJD op nanoschaal bevonden, zoals watermoleculen of siliciumatomen. Sinds kort kunnen wetenschappers echter nieuwe gereedschappen en processen gebruiken om materialen die op macroschaal gebruikelijk zijn, zoals deeltjes TiO2 (titaandioxide), tot op deze schaal te synthetiseren en te manipuleren.

2. Op nanoschaal kunnen materialen zich op andere en onverwachte manieren gedragen.

   Op nanoschaal vertonen veel gangbare materialen ongewone eigenschappen, zoals een opmerkelijk lagere weerstand tegen elektriciteit, een lager smeltpunt of snellere chemische reacties.

   Op macroschaal bijvoorbeeld is goud (Au) glanzend en geel. Wanneer de gouddeeltjes echter 25 nm groot zijn, lijken ze rood. De kleinere deeltjes hebben een andere wisselwerking met licht, zodat de gouddeeltjes een andere kleur lijken te hebben. Afhankelijk van de grootte en de vorm van de deeltjes, kan goud rood, geel of blauw lijken.

   Gouden munt		Nanopartikels van goud in oplossing

   Een ander voorbeeld van nanodeeltjes die er anders uitzien dan het overeenkomstige macroschaalmateriaal is te vinden in zonnebrandcrèmes. Titaniumdioxide (TiO2) wordt al lange tijd gebruikt in zonnefilters en zonnebrandcrèmes. Het is een van de ingrediënten die de crèmes wit van kleur doen lijken. Fabrikanten gebruiken nu nanodeeltjes om crèmes en gels te maken die doorzichtig zijn, omdat nanodeeltjes TiO2 doorzichtig lijken.

   Ook andere eigenschappen kunnen veranderen wanneer materialen zich op nanoschaal bevinden. Aluminium (Al) bijvoorbeeld is het glanzende buigzame metaal dat wordt gebruikt om blikjes frisdrank te maken. Op nanoschaal zijn aluminiumdeeltjes extreem reactief en zullen exploderen. Nanodeeltjes zijn reactiever omdat ze meer oppervlakte hebben dan macroschaaldeeltjes.

3. Onderzoekers willen deze verschillende en onverwachte gedragingen inzetten om nieuwe technologieën te maken.

   Door deze nieuwe gedragingen in te zetten hopen onderzoekers in veel verschillende disciplines veel nieuwe dingen te maken, variërend van alledaagse producten zoals antimicrobiële sokken en lichtere tennisrackets tot ultramoderne zonnecellen, snellere en kleinere computers of medische behandelingen die selectief de ziekte behandelen. Veel wetenschappers en ingenieurs denken dat de mogelijkheden eindeloos zijn.

Is de iPod Nano een voorbeeld van nanotechnologie?

Producten met nanotechnologie vinden nu al hun weg naar de markt. Maar niet elk product met het label “nano” maakt echt gebruik van nanotechnologie. Sommige fabrikanten gebruiken het voorvoegsel “nano-” om de relatief kleine omvang van hun specifieke producten aan potentiële kopers kenbaar te maken. Bovendien hopen zij te profiteren van de buzz en opwinding die de nanotechnologie heeft losgemaakt.

De Indiase autofabrikanten hebben bijvoorbeeld onlangs de Tata Nano geïntroduceerd:

afbeelding overgenomen uit http://en.wikipedia.org/wiki/Tata_Nano

Deze auto bevindt zich beslist niet op nanoschaal, maar de ontwerpers kozen ervoor om hem de naam “Nano” te geven om potentiële kopers duidelijk te maken dat hij gebruikmaakt van “hoogwaardige technologie” en klein van formaat is. Dit is niet het enige voorbeeld dat vandaag de dag op de markt is.

Een gangbaarder voorbeeld is de iPod Nano:

afbeelding overgenomen uit http://www.apple.com/ipodnano/

Ook deze muziekspeler is niet “nano-formaat”, maar hij is wel veel kleiner dan de oorspronkelijke iPod. Hij maakt echter wel gebruik van nanotechnologie in de chips en circuits die hem laten werken, net zoals uw laptop dat doet!

Er zijn producten waarbij wel nanotechnologie wordt gebruikt, zelfs als dat niet in de naam staat! Een van de meest voorkomende gevallen is het gebruik van zilveren nanodeeltjes in consumentenproducten. Zilver is van nature anti-microbieel en wordt al sinds de oudheid gebruikt om bacteriën te bestrijden. Door zilver op nanoschaal in textiel, plastic en huishoudelijke apparaten te verwerken, kunnen fabrikanten materialen maken die een kleine hoeveelheid zilver gebruiken om bacteriën te doden zonder de andere eigenschappen van de producten aan te tasten.

“Benny the Bear” pluche knuffel	Silver Seal computer keyboard	Sports Jersey from Sinotextiles Co,Ltd

Alle afbeeldingen afkomstig van http://www.nanotechproject.org/inventories/consumer/

Hoewel, bestaat echter de vrees dat een toenemend gebruik van zilver op deze manier een milieurisico kan inhouden of kan leiden tot de ontwikkeling van bacteriën die resistent zijn tegen zilverantibiotica.

Het Project on Emerging Nanotechnologies heeft een inventarisatie gemaakt van consumentenproducten die volgens hen daadwerkelijk op de een of andere manier gebruik maken van nanotechnologie. Maar omdat deze producten gepatenteerd zijn, kan vaak niet met zekerheid worden gezegd hoe het product precies gebruik maakt van nanotechnologie.

Kan nanotechnologie de hype waarmaken?

Nanotechnologie wordt wel “the next big thing” genoemd. Zij wordt aangekondigd als de sleutel tot nieuwe kankerbehandelingen, energieonafhankelijkheid, verbeterde elektronica en schoon water in derdewereldlanden. Met zo’n breed scala van mogelijke toepassingen heeft de nanotechnologie het vermogen om de wereld waarin wij leven te veranderen, net zoals computers de samenleving de afgelopen 30 jaar hebben veranderd. Maar om deze prestaties te kunnen leveren, moeten wetenschappers en ingenieurs die aan nanoschaalmaterialen werken, nog beter begrijpen hoe nanoschaalmaterialen zich gedragen en hoe ze betrouwbaar kunnen worden gesynthetiseerd.

Sommige toepassingen zijn dichter bij de markt dan andere. Zo hebben onderzoekers als prof. Naomi Halas en Jennifer West van de Rice University samengewerkt aan de ontwikkeling van een behandeling tegen kanker met gouden nanoschalen. De behandeling is nog in ontwikkeling, maar kan in de nabije toekomst zijn weg vinden naar klinische proeven.