Czym jest nanotechnologia? – Definiowanie Nanotechnologii

Definiowanie Nanotechnologii

Termin „nanotechnologia” zyskał wiele uwagi w mediach w ciągu ostatnich kilku lat. W wiadomościach zapowiadano nanotechnologię jako następną rewolucję naukową – z obietnicami szybszych komputerów, lekarstw na raka i rozwiązań kryzysu energetycznego, by wymienić tylko kilka. Ale czym dokładnie jest „nanotechnologia”? I czy może ona spełnić wszystkie te obietnice?

Formalna definicja nanotechnologii podana przez National Nanotechnology Initiative (NNI) brzmi następująco:

Nanotechnologia to zrozumienie i kontrola materii w wymiarach od około 1 do 100 nanometrów, gdzie unikalne zjawiska umożliwiają nowe zastosowania.

Obejmując naukę, inżynierię i technologię w nanoskali, nanotechnologia obejmuje obrazowanie, mierzenie, modelowanie i manipulowanie materią w tej małej skali.

Definicję NNI można sprowadzić do trzech podstawowych pojęć:

1. Nanotechnologia jest bardzo, bardzo mała.

   Kiedy coś jest w nanoskali, mierzy od 1 do 100 nanometrów (nm) w przynajmniej jednym z wymiarów. Kiedy rzeczy są tak małe, są o wiele za małe, aby zobaczyć je naszymi oczami, a nawet za pomocą typowego mikroskopu świetlnego. Naukowcy musieli opracować specjalne narzędzia, takie jak mikroskopy z sondą skanującą, aby zobaczyć materiały, które są w skali nanometrowej.

   Niektóre materiały ZAWSZE były w nanoskali – cząsteczki wody lub atomy krzemu. Jednak ostatnio naukowcy są w stanie wykorzystać nowe narzędzia i procesy do syntezy i manipulacji materiałami powszechnymi w makroskali do tego rozmiaru, jak cząsteczki TiO2 (dwutlenku tytanu).

2. W nanoskali materiały mogą zachowywać się w różny i nieoczekiwany sposób.

   W nanoskali wiele zwykłych materiałów wykazuje niezwykłe właściwości, takie jak znacznie niższa odporność na elektryczność, niższe temperatury topnienia lub szybsze reakcje chemiczne.

   Na przykład, w makroskali złoto (Au) jest błyszczące i żółte. Jednakże, gdy cząsteczki złota mają rozmiar 25 nm, wydają się czerwone. Mniejsze cząsteczki inaczej oddziałują ze światłem, więc cząsteczki złota mają inny kolor. W zależności od wielkości i kształtu cząstek, złoto może wydawać się czerwone, żółte lub niebieskie.

   .

   .

   Złota moneta		Nanocząstki złota w roztworze

   Inny przykład nanocząstek różniących się od odpowiadającego im materiału w makroskali można znaleźć w filtrach przeciwsłonecznych. Dwutlenek tytanu (TiO2) jest stosowany w filtrach przeciwsłonecznych i blokach przeciwsłonecznych od dłuższego czasu. Jest on jednym ze składników, które sprawiają, że kremy mają biały kolor. Producenci używają teraz nanocząsteczek do tworzenia kremów i żeli, które są przezroczyste – ponieważ nanocząsteczki TiO2 wydają się przezroczyste.

   Inne właściwości mogą się zmienić, gdy materiały są w nanoskali. Na przykład aluminium (Al) jest błyszczącym, elastycznym metalem używanym do produkcji puszek sodowych. W nanoskali, cząsteczki aluminium są niezwykle reaktywne i będą eksplodować. Nanocząstki są bardziej reaktywne, ponieważ mają większą powierzchnię niż cząstki makroskalowe.

3. Badacze chcą wykorzystać te różne i nieoczekiwane zachowania do tworzenia nowych technologii.

   Poprzez wykorzystanie tych nowych zachowań, badacze z wielu różnych dziedzin mają nadzieję stworzyć wiele nowych rzeczy, począwszy od produktów codziennego użytku, takich jak skarpetki antybakteryjne i lżejsze rakiety tenisowe do najnowocześniejszych ogniw słonecznych, szybszych i mniejszych komputerów lub zabiegów medycznych, które selektywnie leczą choroby. Wielu naukowców i inżynierów uważa, że możliwości są nieograniczone.

Czy iPod Nano jest przykładem Nanotechnologii?

Produkty wzmocnione nanotechnologią już znajdują drogę na rynek. Jednak nie każdy produkt oznaczony jako „nano” rzeczywiście wykorzystuje nanotechnologię. Niektórzy producenci używają przedrostka „nano-„, aby poinformować potencjalnych nabywców o stosunkowo niewielkich rozmiarach swoich produktów. Ponadto, mają oni nadzieję wykorzystać szum i podniecenie, które otaczają nanotechnologię.

Na przykład indyjscy producenci samochodów wprowadzili niedawno model Tata Nano:

obraz zaczerpnięty z http://en.wikipedia.org/wiki/Tata_Nano

Samochód ten zdecydowanie nie jest w nanoskali, ale projektanci zdecydowali się nadać mu nazwę „Nano”, aby przekazać potencjalnym nabywcom informację o zastosowaniu w nim „zaawansowanej technologii” i jego niewielkich rozmiarach. Nie jest to jedyny przykład na dzisiejszym rynku.

Najczęstszym przykładem jest iPod Nano:

obrazek zaczerpnięty z http://www.apple.com/ipodnano/

Ponownie, ten odtwarzacz muzyczny nie jest „nanorozmiarowy”, ale jest znacznie mniejszy niż oryginalny iPod. Jednak wykorzystuje on nanotechnologię w układach scalonych, które sprawiają, że działa on w ten sam sposób, co twój laptop!

Są pewne produkty, które wykorzystują nanotechnologię, nawet jeśli nie jest ona zawarta w nazwie! Jednym z najczęstszych przypadków jest użycie nanocząsteczek srebra w produktach konsumenckich. Srebro jest z natury antybakteryjne i było używane do zwalczania bakterii od czasów starożytnych. Dzięki zastosowaniu srebra w nanoskali w tekstyliach, tworzywach sztucznych i urządzeniach gospodarstwa domowego, producenci mogą tworzyć materiały, które wykorzystują niewielką ilość srebra do zabijania bakterii bez wpływu na inne właściwości produktów.

Zabawka pluszowa „Benny the Bear”	Klawiatura komputerowa Silver Seal	Sportowa koszulka od Sinotextiles Co,Ltd

Wszystkie zdjęcia pobrane ze strony http://www.nanotechproject.org/inventories/consumer/

Jednakże, istnieją obawy, że zwiększone wykorzystanie srebra w ten sposób może stanowić zagrożenie dla środowiska lub prowadzić do rozwoju bakterii odpornych na antybiotyki srebra.

Projekt Powstających Nanotechnologii stworzył spis produktów konsumenckich, które ich zdaniem rzeczywiście w jakiś sposób wykorzystują nanotechnologię. Jednak ze względu na zastrzeżony charakter tych produktów, często nie można podjąć ostatecznej decyzji, w jaki dokładnie sposób dany produkt wykorzystuje nanotechnologię.

Czy nanotechnologia może sprostać szumowi wokół niej? Zapowiadana jest jako klucz do nowych metod leczenia raka, niezależności energetycznej, ulepszonej elektroniki i dostarczania czystej wody do krajów trzeciego świata. Przy tak różnorodnym zakresie możliwych zastosowań nanotechnologia ma zdolność do zmiany świata, w którym żyjemy, w taki sam sposób, w jaki komputery zmieniły społeczeństwo w ciągu ostatnich 30 lat. Jednak aby dokonać tych osiągnięć, naukowcy i inżynierowie pracujący nad materiałami w nanoskali wciąż muszą lepiej zrozumieć, jak zachowują się materiały w nanoskali i jak je niezawodnie syntetyzować.

Niektóre zastosowania są bliższe rynku niż inne. Na przykład, naukowcy tacy jak prof. Naomi Halas i Jennifer West z Uniwersytetu Rice współpracowali nad stworzeniem leku przeciwnowotworowego wykorzystującego złote nanopowłoki. Leczenie to jest wciąż w fazie rozwoju, ale w niedalekiej przyszłości może trafić do badań klinicznych.