Концепції, які передували нанотехнології

Концепції, які передували нанотехнології, було вперше обговорено 1959 року, фізиком Річардом Фейнманом у його промові There's Plenty of Room at the Bottom, у якій він змалював можливість синтезу, за допомогою прямого маніпулювання атомами. Термін «нано-технології» вперше використав Норіо Танігучі 1974 року, хоча це не стало широко відомо.

Натхненний поняттями, висловленими Фейнманом, Ерік Дрекслер 1986 року, використав термін «нанотехнологія» у власній книзі Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology, у якій запропонував ідею нанорозмірного «збирача», який був-би спроможним, побудувати копію себе й інших елементів довільної складності з атомним контролем. Крім того, 1986 року, Дрекслер був співзасновником The Foresight Institute (Інституту передбачення), задля сприяння підвищенню обізнаності та розуміння нанотехнологічних концепцій та їх наслідків.

Таким чином, поява нанотехнологій у 1980-і роки, насамперед, відбулася завдяки зближенню теоретичної та громадської роботи Дрекслера, який розробив і популяризував концептуальні рамки для нанотехнологій, а також очевидні експериментальні успіхи, які звернули додаткову загальну увагу на перспективи атомного контролю матерії. У 1980-і роки, два великі прориви, викликали зростання нанотехнологій у сучасну епоху.

По-перше, винахід сканувального тунельного мікроскопу 1981 року, який уможливив небачене до того, зорове виокремлення одиничних атомів і зв'язків, а також, успішно використовувався для маніпулювання окремими атомами вже 1989 року. Розробники мікроскопу, Герд Бінніг і Генріх Рорер із дослідницької лабораторії IBM у Цюріху, отримали Нобелівську премію з області фізики 1986 року. Binnig, Quate і Gerber, також, винайшли аналогічний атомно-силовий мікроскоп того-ж року.

По-друге, відкриття 1985 року, фулеренів Гарольдом Крото, Річардом Смоллі і Робертом Карлом, які разом 1996 року, отримали Нобелівську премію з хімії. C60 спочатку, не було віднесено до нанотехнологій; цей термін було використано у подальшому, по відношенню до роботи з відповідними графеновими трубками (так званими, вуглецевими нанотрубками, які іноді називають Bucky трубки), котрі запропоновано, як потенційно можливе застосування, для нанорозмірної електроніки та пристроїв.

На початку 2000-х років, ця область дістала підвищену наукову, політичну та комерційну увагу, що призвело до полеміки і прогресу. Розбіжності виникли з приводу визначень і потенційних наслідків нанотехнологій, приклади яких наведено у доповіді Королівського товариства з нанотехнологій й які було розв'язано у публічних дебатах, між Дрекслером і Смоллі у 2001 і 2003 роках.

У той же час, з'явилася комерціалізація продуктів на основі досягнень в області нанорозмірних технологій. Ці продукти обмежено насипним застосуванням наноматеріалів, і не пов'язано з атомним контролем над цим питанням. Деякими прикладами є: платформа Silver Nano задля використання наночастинок срібла як антибактеріального засобу, для прозорих сонцезахисних кремів; зміцнювальне вуглецеве волокно (використання наночастинок з діоксиду кремнію) для вуглецевих нанотрубок, стійких до плям тканин.^[1]

Визначення і термінологія

Є думка, що у світі немає на сьогоднішній день стандарту, що таке нанотехнології, або нанопродукти. У Єврокомісії створена спеціальна група, якій дали два роки на те, щоби розробити класифікацію нанопродукції. Серед підходів до визначення поняття «нанотехнології» є наступні:

1. У Технічному комітеті ISO / ТК 229 під нанотехнологіями мається на увазі таке:

• знання та управління процесами, як правило, в масштабі 1 нм, але не виключає масштаб менше 100 нм, в одному або більше вимірах, коли введення в дію розмірного ефекту (явища) приводить до можливості нових застосувань;
• використання властивостей об'єктів і матеріалів у нанометровому масштабі, які відрізняються від властивостей вільних атомів або молекул, а також від об'ємних властивостей речовини, що складається з цих атомів або молекул, для створення досконаліших матеріалів, приладів, систем, що реалізують ці властивості.

2. За угодою, для нанотехнології, приймається масштаб від 1 до 100 нанометрів, відповідно до визначення, використовуваного Національною Нанотехнологічною Ініціативою у США. Нижня межа встановлюється за розміром атомів (водень має найменші атоми, чверть діаметра яких дорівнюють, приблизно, нм).

3. Згідно з «Концепцією розвитку в Російській Федерації робіт в області нанотехнологій на період до 2010 року» (2004 р.), нанотехнологія визначається як сукупність методів і прийомів, що забезпечують можливість контрольованим чином створювати й модифікувати об'єкти, котрі містять компоненти з розмірами менше 100 нм, хоча-б в одному вимірі, і у підсумку, отримати принципово нові якості, які дозволяють здійснювати їх впровадження у повноцінно функціональні системи більшого розміру.

Практичний чинник нанотехнологій, має на увазі: виробництво пристроїв та їх компонентів, потрібних для створення, обробки і маніпуляції атомами, молекулами і наночастинками. Ідеться про те, що не обов'язково, об'єкт мусить мати хоча-б один лінійний розмір, менше 100 нм — це можуть бути макрооб'єкти, атомарна структура яких, контрольовано створюється з роздільністю, на рівні окремих атомів, або ж містять у собі, нанооб'єкти. У ширшому сенсі, цей термін охоплює також методи діагностики, характерології та досліджень таких об'єктів. Нанотехнології якісно відрізняються від традиційних дисциплін, оскільки за таких масштабів, звичні макроскопічні технології поводження з матерією, часто непридатні, а мікроскопічні явища, занадто слабкі на звичних масштабах, стають набагато значніше: властивості та взаємодії окремих атомів і молекул або агрегатів молекул (наприклад, сили Ван-дер-Ваальса), квантові ефекти.

Нанотехнології і, особливо, молекулярна технологія — нові, дуже мало досліджені дисципліни. Основні відкриття, що передбачаються у цій області, поки не зроблено. Тим не менше, проведені дослідження, вже дають практичні результати. Використання у нанотехнології передових наукових досягнень, дозволяє відносити її до високих технологій. Розвиток сучасної електроніки йде шляхом зменшення розмірів пристроїв. З іншого боку, класичні методи виробництва, наближаються до свого природного економічного та технологічного бар'єру, коли розмір пристрою зменшується ненабагато, натомість, економічні витрати зростають експоненціально. Нанотехнології — наступний логічний крок розвитку електроніки та інших наукоємних виробництв.

Властивості

Властивості наносистем багато в чому відрізняються від властивостей більших об'єктів, що складаються з тих самих атомів і молекул. Наприклад, наночастинки платини, набагато ефективніше очищають автомобільні вихлопи від токсичних забруднювачів, ніж звичні платинові каталізатори. Одношарові та багатошарові графітні циліндри нанометрової товщини, так звані вуглецеві нанотрубки, прекрасно проводять електрику і тому, можуть стати заміною мідним дротам. Нанотрубки також дозволяють створювати композитні матеріали виняткової міцності та принципово нові напівпровідникові й оптоелектронні пристрої. На сучасному етапі, нанотехнології використовують під час виробництва особливих сортів скла, на яких не осідає бруд (застосовується в автомобіле- й авіабудуванні), задля виготовлення чорнил; для створення одягу, який неможливо забруднити й пожмакати та інше.