Nanotehnologija

Nanotehnologija ili nanotehnika (grč. ννος ili νάννος: patuljak + τεχνιϰός: vješt, uvježban, od τέχνη: umijeće, vještina) je skup disciplina koje se bave istraživanjem, razvojem i primjenom struktura, uređaja i sustava kojima su izmjere reda veličine atoma, molekula i makromolekula, dakle u području do 100 nanometara (1 nm = 10^–9 m), a koji zahvaljujući svojim malim izmjerama imaju posebna svojstva. To brzo napredujuće područje isprepleće se s nizom drugih područja, na primjer s elektronikom, medicinom, znanošću o materijalima, kemijskom katalizom, a zasniva se na istraživanju osnovnih pojava i materijala u nanopodručju (nanoznanosti).

Molekularna struktura grafena.

Grafen čini šesterokutna mreža ugljikovih atoma.

Ikosaedarski fuleren C₅₄₀.

Kod dimenzija ispod 100 nm pojave kvantne fizike prevladavaju nad pojavama poznatima iz svakodnevnog iskustva (klasična fizika). To se prije svega odnosi na restrukturiranje elektronskoga sustava (kvantizacija), koje dovodi do novih elektronskih svojstava. Osim toga, vrlo mala tijela imaju znatno veći omjer broja atoma smještenih na površini i broja atoma u unutrašnjosti, no što ga imaju makrotijela. To može znatno utjecati na strukturu, stabilnost i reaktivnost malih tijela, čime materijal dobiva nova svojstva. Istraživanje i razvoj u tom području obuhvaća kontrolirano rukovanje nanostrukturama i njihovo uključivanje u veće dijelove, sustave i arhitekture, pri čem se svojstvima tih kompleksnijih struktura upravlja u nanopodručju. Gdjekad složene strukture mogu biti i veće od 100 nm, a da pokazuju jedinstvena svojstva.

Osnovni su ciljevi istraživanja u području nanotehnike: razumijevanje temeljnih pojava na nanoljestvici; sposobnost oblikovanja i sinteze materijala na atomskoj razini radi postizanja ciljanih svojstava i funkcija; razumijevanje osnovnih procesa kojima živi organizmi stvaraju materijale i funkcionalne komplekse, te upotreba tog znanja kao putokaz za nove sintetske procese i umjetne materijale; razvoj eksperimentalnih alata za određivanje svojstava nanostrukturiranih materijala kao i teorija i modela potrebnih za ostvarenje ciljeva.

Pojavu nanotehnike omogućio je razvoj eksperimentalnih alata i teorijskih modela koji su pak omogućili manipulaciju pojedinačnim atomima, nakupinama atoma i molekulama. Pritom je osobitu ulogu imao izum pretražnog mikroskopa s tuneliranjem (eng. Scanning Tunneling Microscope ili STM) i metoda koje su se razvile iz nje i uz nju, kao i značajno povećanje razlučivosti elektronske mikroskopije, koje je danas ispod 0,1 nm. Pretražni mikroskop s tuneliranjem omogućuje oslikavanje položaja atoma u realnom prostoru i njihovo preslagivanje u nove strukture. Takav pristup stvaranju nanostruktura omogućuje istraživanja, ali ne i proizvodnju velikoga broja struktura u kratkom vremenu. Drukčiji je pristup pojava samoorganiziranja, na primjer molekula u otopinama i metalnih atoma koji se samoorganiziraju u pravilno raspoređene gomilice atoma jednakih veličina na površini poluvodiča i oksida.

Zbog raznih potencijala nanotehnologije (uključujući industrijske i vojne), vlade su uložile milijarde dolara u istraživanja na području nanotehnologije (SAD je uložio 3,7 milijardi dolara, a Europska unija je uložila 1,2 milijarde). Nanotehnologija je vrlo široko područje, a uključuje mnoge znanosti poput površinske znanosti, organske kemije, molekularne biologije, fizike poluvodiča i drugo. Proizvodi nanotehnologije se koriste u razne svrhe, od proširenja konvencionalnih uređaja pa do posve novih pristupa temeljenih na molekularnoj montaži, i do razvoja novih materijala s nano dimenzijama te usmjeravanja kontrole materije na atomskoj razini. Znanstvenici trenutno raspravljaju o budućnosti primjene nanotehnologije. Nanotehnologija bi mogla u budućnosti stvoriti mnogo novih materijala i uređaja s ogromnim rasponom primjena, kao na primjer u medicini, elektronici, biomaterijalima i proizvodnji energije. S druge strane, nanotehnologija otvara mnoge od probleme kao i sve nove tehnologije, uključujući zabrinutosti oko toksičnosti i utjecaj nanomaterijala na okoliš, njihov potencijalni utjecaj na globalne ekonomije, kao i nagađanja o raznim scenarijima kaosa. Ovi problemi doveli su do rasprave među zagovaračkim skupinama i vladama o nanotehnologiji.

Vanjske poveznice

• Nanotehnologija Hrvatska tehnička enciklopedija, portal hrvatske tehničke baštine. LZMK