Nanoteknik: principer, metoder, tillämpningar och risker

Idéer om nanoteknik användes för första gången i talet "There's Plenty of Room at the Bottom", ett tal av vetenskapsmannen Richard Feynman vid ett möte i American Physical Society på Caltech den 29 december 1959. Feynman beskrev ett sätt att flytta enskilda atomer för att bygga mindre instrument och arbeta i den skalan. Egenskaper som ytspänning och Van der Walls kraft skulle bli mycket viktiga.

Feynmans enkla idé verkade möjlig. Ordet "nanoteknik" förklarades av Norio Taniguchi, professor vid Tokyo Science University, i en artikel från 1974. Han sade att nanoteknik var arbetet med att förändra material med en atom eller en molekyl. På 1980-talet studerades denna idé av Dr. K. Eric Drexler, som talade och skrev om betydelsen av händelser i nanoskala. "Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology" (1986) anses vara den första boken om nanoteknik. Nanoteknik och nanovetenskap började med två viktiga utvecklingar: starten av klusterforskning och uppfinningen av skanningstunnelmikroskopet (STM). Kort därefter upptäcktes nya molekyler med kol - först fullerener 1986 och kolnanorör några år senare. I en annan utveckling studerade man hur man kan tillverka nanokristaller av halvledare. Många metalloxidnanopartiklar används nu som kvantprickar (nanopartiklar där beteendet hos enskilda elektroner blir viktigt). År 2000 började USA:s nationella nanoteknikinitiativ att utveckla vetenskapen på detta område.

Nanotekniken har nanomaterial som kan delas in i nanopartiklar med en, två och tre dimensioner. Klassificeringen baseras på olika egenskaper, t.ex. spridning av ljus, absorption av röntgenstrålar, transport av elektrisk ström eller värme. Nanotekniken är tvärvetenskaplig och påverkar flera traditionella tekniker och olika vetenskapliga discipliner. Nya material som kan skalas upp till och med i atomstorlek kan tillverkas.

• En nanometer (nm) är 10-9 eller 0,000 000 001 meter.
• När två kolatomer förenas till en molekyl är avståndet mellan dem 0,12-0,15 nm.
• DNA:s dubbelspiral är cirka 2 nm lång från den ena sidan till den andra. Det utvecklas till ett nytt område för DNA-nanoteknik. I framtiden kan DNA manipuleras, vilket kan leda till en ny revolution. Människans arvsmassa kan manipuleras i enlighet med kraven.
• En nanometer och en meter kan förstås som samma storleksskillnad som mellan en golfboll och jorden.
• En nanometer är ungefär en tjugofemtusendel av ett människohårs diameter.
• Fingernaglar växer en nanometer per sekund.

På nanonivå förändras systemets eller partiklarnas fysiska egenskaper avsevärt. Fysiska egenskaper som kvantstorlekseffekter där elektroner rör sig annorlunda för mycket små partikelstorlekar. Egenskaper som mekaniska, elektriska och optiska förändringar när ett makroskopiskt system ändras till ett mikroskopiskt system är av yttersta vikt.

Nanomaterial och nanopartiklar kan fungera som katalysatorer för att öka reaktionshastigheten och ge bättre utbyte jämfört med andra katalysatorer. Några av de mest intressanta egenskaperna när partiklar omvandlas till nanoskala är att ämnen som vanligtvis stoppar ljuset blir genomskinliga (koppar), att det blir möjligt att bränna vissa material (aluminium), att fasta ämnen blir till vätskor vid rumstemperatur (guld) och att isolatorer blir ledare (kisel). Ett material som guld, som inte reagerar med andra kemikalier i normal skala, kan bli en kraftfull kemisk katalysator i nanoskala. Dessa speciella egenskaper som vi bara kan se i nanoskala är en av de mest intressanta sakerna med nanoteknik.