Nanotehnologie
Nanotehnologia este o parte a științei și tehnologiei care se referă la controlul materiei la scară atomică și moleculară, ceea ce înseamnă lucruri care au un diametru de aproximativ 100 de nanometri.
Nanotehnologia include fabricarea de produse care utilizează părți atât de mici, cum ar fi dispozitive electronice, catalizatori, senzori etc. Pentru a vă face o idee despre cât de mici sunt aceste dimensiuni, există mai mulți nanometri într-un inch decât inci în 400 de mile.
Pentru a avea o idee internațională despre cât de mic este acest lucru, există tot atâția nanometri într-un centimetru câți centimetri sunt în 100 de kilometri.
Nanotehnologia reunește oameni de știință și ingineri din multe domenii diferite, cum ar fi fizica aplicată, știința materialelor, știința interfețelor și a coloizilor, fizica dispozitivelor, chimia, chimia supramoleculară (care se referă la domeniul chimiei care se concentrează pe interacțiunile de legătură necovalentă ale moleculelor), mașinile autoreplicatoare și robotica, ingineria chimică, ingineria mecanică, biologia, ingineria biologică și ingineria electrică.
În general, atunci când se vorbește despre nanotehnologie, se face referire la structuri cu dimensiuni de 100 de nanometri sau mai mici. Într-un milimetru există un milion de nanometri. Nanotehnologia încearcă să realizeze materiale sau mașini de această dimensiune.
În domeniul nanotehnologiei se desfășoară multe tipuri diferite de activități. Cele mai multe lucrări actuale vizează fabricarea de nanoparticule (particule de dimensiuni nanometrice) care au proprietăți speciale, cum ar fi modul în care acestea împrăștie lumina, absorb razele X, transportă curenți electrici sau căldură etc. La capătul mai "science fiction" al domeniului se află încercările de a realiza copii mici ale unor mașini mai mari sau idei cu adevărat noi pentru structuri care se autoproduc. Noile materiale sunt posibile cu structuri de dimensiuni nanometrice. Este posibil chiar să se lucreze cu atomi individuali.
S-a discutat mult despre viitorul nanotehnologiei și despre pericolele acesteia. Nanotehnologia ar putea fi capabilă să inventeze noi materiale și instrumente care ar fi foarte utile, cum ar fi în medicină, calculatoare și producerea de energie electrică curată (sistemele nanoelectromecanice) ajută la proiectarea următoarei generații de panouri solare și a unui iluminat eficient cu consum redus de energie). Pe de altă parte, nanotehnologia este nouă și ar putea exista probleme necunoscute. De exemplu, dacă materialele sunt dăunătoare pentru sănătatea oamenilor sau pentru natură. Acestea pot avea un efect negativ asupra economiei sau chiar asupra unor sisteme naturale mari, cum ar fi Pământul însuși. Unele grupuri susțin că ar trebui să existe reguli privind utilizarea nanotehnologiei.
Geometrii tipice ale nanostructurilor.
Începutul nanotehnologiei
Ideile legate de nanotehnologie au fost folosite pentru prima dată în discursul "There's Plenty of Room at the Bottom", un discurs ținut de omul de știință Richard Feynman la o reuniune a Societății Americane de Fizică la Caltech, la 29 decembrie 1959. Feynman a descris o modalitate de a muta atomii individuali pentru a construi instrumente mai mici și a opera la această scară. Proprietăți precum tensiunea superficială și forța Van der Wall ar deveni foarte importante.
Ideea simplă a lui Feynman părea posibilă. Cuvântul "nanotehnologie" a fost explicat de profesorul Norio Taniguchi, de la Universitatea de Științe din Tokyo, într-o lucrare din 1974. Acesta a spus că nanotehnologia constă în modificarea materialelor cu un atom sau cu o moleculă. În anii 1980, această idee a fost studiată de Dr. K. Eric Drexler, care a vorbit și a scris despre importanța evenimentelor la scară nanometrică . "Motoare ale creației: The Coming Era of Nanotechnology" (1986) este considerată a fi cartea de răsunet despre nanotehnologie. Nanotehnologia și nanoștiința au început cu două evoluții cheie: începutul științei clusterelor și inventarea microscopului cu tunelare prin scanare (STM). La scurt timp după aceea, au fost descoperite noi molecule cu carbon - mai întâi fullereni în 1986 și nanotuburi de carbon câțiva ani mai târziu. Într-o altă evoluție, oamenii au studiat cum să facă nanocristale semiconductoare. Multe nanoparticule de oxizi metalici sunt acum folosite ca puncte cuantice (nanoparticule în care comportamentul electronilor unici devine important). În anul 2000, Inițiativa națională pentru nanotehnologie din Statele Unite a început să dezvolte știința în acest domeniu.
Clasificarea materialelor nano
Nanotehnologia dispune de nanomateriale care pot fi clasificate în nanoparticule cu una, două și trei dimensiuni. Această clasificare se bazează pe diferitele proprietăți pe care le deține, cum ar fi împrăștierea luminii, absorbția razelor X, transportul curentului electric sau al căldurii. Nanotehnologia are un caracter multidisciplinar care afectează mai multe tehnologii tradiționale și diferite discipline științifice. Pot fi fabricate noi materiale care pot fi scalate chiar și la dimensiuni atomice.
Fapte
- Un nanometru (nm) reprezintă 10-9 sau 0,000.000.000.001 metri.
- Atunci când doi atomi de carbon se unesc pentru a forma o moleculă, distanța dintre ei este cuprinsă între 0,12 și 0,15 nm.
- Spirala dublă a ADN-ului are aproximativ 2 nm de la o parte la alta. Aceasta se transformă într-un nou domeniu al nanotehnologiei ADN. În viitor, ADN-ul poate fi manipulat, ceea ce poate duce la o nouă revoluție. Genomul uman poate fi manipulat în funcție de necesități.
- Un nanometru și un metru pot fi înțeleși ca fiind aceeași diferență de mărime ca între o minge de golf și Pământ.
- Un nanometru reprezintă aproximativ o douăzeci și cinci de miimi din diametrul unui fir de păr uman.
- Unghiile cresc cu un nanometru pe secundă.
Caracteristicile fizice ale nanomaterialelor
La scară nanometrică, proprietățile fizice ale sistemului sau ale particulelor se modifică substanțial. Proprietățile fizice, cum ar fi efectele dimensiunii cuantice în care electronii se mișcă diferit pentru particule de dimensiuni foarte mici. Proprietăți precum cele mecanice, electrice și optice se modifică atunci când un sistem macroscopic se transformă într-unul microscopic, ceea ce este extrem de important.
Nano-materialele și particulele pot acționa ca un catalizator pentru a crește viteza de reacție și, în același timp, pentru a produce un randament mai bun în comparație cu alți catalizatori. Unele dintre cele mai interesante proprietăți atunci când particulele sunt transformate la scară nanometrică sunt: substanțele care, de obicei, opresc lumina devin transparente (cuprul); devine posibilă arderea unor materiale (aluminiul); solidele se transformă în lichide la temperatura camerei (aurul); izolatorii devin conductori (siliciul). Un material precum aurul, care nu reacționează cu alte substanțe chimice la scara normală, poate fi un puternic catalizator chimic la scara nanometrică. Aceste proprietăți speciale pe care le putem observa doar la scară nanometrică sunt unul dintre cele mai interesante lucruri despre nanotehnologie.
Întrebări și răspunsuri
Î: Ce este nanotehnologia?
R: Nanotehnologia este o parte a științei și tehnologiei care se referă la controlul materiei la scară atomică și moleculară, ceea ce include fabricarea de produse care utilizează părți atât de mici, cum ar fi dispozitive electronice, catalizatori, senzori etc.
Î: Cât de mici sunt nanometrii?
R: Nanometrii sunt incredibil de mici - există mai mulți nanometri într-un centimetru decât inci în 400 de mile. Pentru a da o idee internațională despre cât de mic este acest lucru, există tot atâția nanometri într-un centimetru, câți centimetri sunt în 100 de kilometri.
Î: Ce tipuri de activități se desfășoară în domeniul nanotehnologiei?
R: Oamenii care lucrează în domeniul nanotehnologiei caută să realizeze nanoparticule (particule cu dimensiuni nanometrice) care au proprietăți speciale, cum ar fi împrăștierea luminii sau absorbția razelor X. De asemenea, aceștia încearcă să realizeze copii mici ale unor mașini mai mari sau idei cu adevărat noi pentru structuri care se produc singure. Se pot realiza noi materiale cu structuri de dimensiuni nanometrice și este posibil chiar să se lucreze cu un singur atom.
Î: Ce aplicații potențiale are nanotehnologia?
R: Nanotehnologia are aplicații potențiale în multe domenii diferite, inclusiv în medicină, calculatoare și producția de energie electrică curată (sisteme nanoelectromecanice). De asemenea, ar putea contribui la proiectarea următoarei generații de panouri solare și a unui iluminat eficient cu consum redus de energie.
Î: Există riscuri asociate cu utilizarea nanotehnologiei?
R: Ar putea exista probleme necunoscute asociate cu utilizarea nanotehnologiei, cum ar fi dacă materialele utilizate ar fi dăunătoare pentru sănătatea oamenilor sau pentru natură. Acestea ar putea avea un efect negativ asupra economiei sau chiar asupra unor sisteme naturale mari, cum ar fi Pământul însuși, astfel încât unele grupuri susțin că ar trebui instituite reguli privind utilizarea acestora.
Î: Ce tip de oameni de știință studiază nanotehnologia?
R: Oamenii de știință care studiază nanotehnologia provin din mai multe discipline diferite, printre care fizica aplicată, știința materialelor, știința interfețelor și a coloizilor, fizica dispozitivelor, chimia, chimia supramoleculară, mașinile autoreplicatoare și robotica, ingineria chimică, ingineria mecanică, biologia, ingineria biologică, ingineria electrică etc.
