Nanotehnika
Nanotehnologija je del znanosti in tehnologije o nadzoru snovi na atomski in molekularni ravni - to pomeni stvari, ki so velike približno 100 nanometrov.
Nanotehnologija vključuje izdelavo izdelkov, ki uporabljajo tako majhne dele, kot so elektronske naprave, katalizatorji, senzorji itd. Da si boste lažje predstavljali, kako majhna je ta razdalja, lahko povemo, da je v enem palcu več nanometrov kot v 400 miljah.
Za mednarodno predstavo o tem, kako majhna je ta vrednost, lahko povemo, da je v centimetru toliko nanometrov kot v 100 kilometrih centimetrov.
Nanotehnologija združuje znanstvenike in inženirje z različnih področij, kot so uporabna fizika, znanost o materialih, znanost o vmesnikih in koloidih, fizika naprav, kemija, supramolekularna kemija (ki se nanaša na področje kemije, ki se osredotoča na nekovalentne vezi med molekulami), samoreprodukcijski stroji in robotika, kemijsko inženirstvo, strojništvo, biologija, biološki inženiring in elektrotehnika.
Ko govorimo o nanotehnologiji, mislimo na strukture velikosti 100 nanometrov ali manjše. V milimetru je milijon nanometrov. Nanotehnologija poskuša izdelati materiale ali stroje te velikosti.
Na področju nanotehnologije se ljudje ukvarjajo z različnimi vrstami dela. Večina sedanjega dela se ukvarja z izdelavo nanodelcev (delcev velikosti nanometrov), ki imajo posebne lastnosti, na primer način, kako razpršijo svetlobo, absorbirajo rentgenske žarke, prenašajo električni tok ali toploto itd. Na bolj "znanstvenofantastičnem" koncu področja so poskusi izdelave majhnih kopij večjih strojev ali resnično novih zamisli za strukture, ki se izdelajo same. Novi materiali so možni s strukturami nano velikosti. Možno je celo delo s posameznimi atomi.
O prihodnosti nanotehnologije in njenih nevarnostih se je veliko razpravljalo. Z nanotehnologijo bo mogoče izumiti nove materiale in instrumente, ki bi bili zelo uporabni, na primer v medicini, računalništvu in proizvodnji čiste električne energije (nanoelektromehanski sistemi), pomaga pri oblikovanju naslednje generacije solarnih panelov in učinkovite nizkoenergijske razsvetljave). Po drugi strani pa je nanotehnologija nova in lahko se pojavijo neznane težave. Na primer, če so materiali škodljivi za zdravje ljudi ali za naravo. Lahko imajo slab vpliv na gospodarstvo ali celo na velike naravne sisteme, kot je Zemlja sama. Nekatere skupine zagovarjajo stališče, da bi morala obstajati pravila o uporabi nanotehnologije.
Tipične geometrije nanostruktur.
Začetek nanotehnologije
Ideje o nanotehnologiji so bile prvič uporabljene v predavanju "Na dnu je veliko prostora", ki ga je imel znanstvenik Richard Feynman 29. decembra 1959 na srečanju Ameriškega fizikalnega društva na Caltechu. Feynman je opisal način premikanja posameznih atomov za izdelavo manjših instrumentov in delovanje na tej ravni. Lastnosti, kot sta površinska napetost in Van der Wallova sila, bi postale zelo pomembne.
Feynmanova preprosta zamisel se je zdela mogoča. Besedo "nanotehnologija" je leta 1974 v svojem članku pojasnil profesor tokijske znanstvene univerze Norio Taniguchi. Dejal je, da je nanotehnologija spreminjanje materialov z enim atomom ali eno molekulo. V osemdesetih letih prejšnjega stoletja je to zamisel preučeval Dr. K. Eric Drexler, ki je govoril in pisal o pomenu dogodkov v nano merilu . "Engines of Creation: (1986) velja za knjigo o nanotehnologiji. Nanotehnologija in nanoznanost sta se začeli z dvema ključnima dogodkoma: z začetkom znanosti o skupkih in izumom skenirnega tunelskega mikroskopa (STM). Kmalu zatem so bile odkrite nove molekule z ogljikom - najprej fulereni leta 1986 in ogljikove nanocevke nekaj let pozneje. V drugem razvoju so preučevali, kako izdelati polprevodniške nanokristale. Številni nanodelci kovinskih oksidov se zdaj uporabljajo kot kvantne pike (nanodelci, pri katerih je pomembno obnašanje posameznih elektronov). Leta 2000 je ameriška nacionalna pobuda za nanotehnologijo začela razvijati znanost na tem področju.
Razvrstitev nanomaterialov
Nanotehnologija ima nanomateriale, ki jih lahko razdelimo na eno-, dvo- in tridimenzionalne nanodelce. Ta razvrstitev temelji na različnih lastnostih, kot so razprševanje svetlobe, absorpcija rentgenskih žarkov, prenos električnega toka ali toplote. Nanotehnologija je multidisciplinarna in vpliva na več tradicionalnih tehnologij in različnih znanstvenih disciplin. Izdelati je mogoče nove materiale, ki jih je mogoče povečati celo na atomsko velikost.
Dejstva
- En nanometer (nm) je 10-9 ali 0,000.000.000.001 metra.
- Ko se dva ogljikova atoma združita v molekulo, je razdalja med njima od 0,12 do 0,15 nm.
- Dvojna vijačnica DNK je od ene do druge strani dolga približno 2 nm. Razvija se v novo področje nanotehnologije DNK. V prihodnosti bo mogoče z DNK manipulirati, kar lahko privede do nove revolucije. Človeški genom je mogoče manipulirati v skladu z zahtevami.
- Nanometer in meter lahko razumemo kot enako razliko v velikosti kot med žogico za golf in Zemljo.
- En nanometer je približno ena petindvajsettisočinka premera človeškega lasu.
- Nohti zrastejo en nanometer na sekundo.
Fizikalne lastnosti nanomateriala
Na nano ravni se fizikalne lastnosti sistema ali delcev bistveno spremenijo. Fizikalne lastnosti, kot so učinki kvantne velikosti, kjer se elektroni gibljejo drugače pri zelo majhnih velikostih delcev. Lastnosti, kot so mehanske, električne in optične, se spremenijo, ko se makroskopski sistem spremeni v mikroskopskega, kar je izredno pomembno.
Nano materiali in delci lahko delujejo kot katalizatorji, ki povečajo hitrost reakcije in s tem zagotovijo boljši izkoristek v primerjavi z drugimi katalizatorji. Nekatere najbolj zanimive lastnosti, ko se delci spremenijo v nanoobliko, so: snovi, ki običajno ustavljajo svetlobo, postanejo prozorne (baker); nekatere materiale je mogoče zažgati (aluminij); trdne snovi se pri sobni temperaturi spremenijo v tekočine (zlato); izolatorji postanejo prevodniki (silicij). Material, kot je zlato, ki v običajnih merilih ne reagira z drugimi kemikalijami, je lahko v nanomereh močan kemični katalizator. Te posebne lastnosti, ki jih lahko opazimo le na nanomereh, so ena od najbolj zanimivih stvari v nanotehnologiji.
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je nanotehnologija?
O: Nanotehnologija je del znanosti in tehnologije o nadzoru snovi na atomski in molekularni ravni, ki vključuje izdelavo izdelkov, ki uporabljajo tako majhne dele, kot so elektronske naprave, katalizatorji, senzorji itd.
V: Kako majhni so nanometri?
O: Nanometri so neverjetno majhni - v enem palcu je več nanometrov kot v 400 miljah. Za mednarodno predstavo o tem, kako majhno je to število nanometrov, lahko povemo, da je v centimetru toliko nanometrov, kot je centimetrov v 100 kilometrih.
V: Katere vrste dela opravljajo ljudje na področju nanotehnologije?
O: Ljudje, ki delajo na področju nanotehnologije, se ukvarjajo z izdelavo nanodelcev (delcev velikosti nanometra), ki imajo posebne lastnosti, kot je razprševanje svetlobe ali absorpcija rentgenskih žarkov. Poskušajo tudi izdelati majhne kopije večjih strojev ali res nove zamisli za strukture, ki se izdelajo same. S strukturami nano velikosti je mogoče izdelati nove materiale, možno pa je celo delo s posameznimi atomi.
V: Kakšne možnosti uporabe ima nanotehnologija?
O: Nanotehnologija se lahko uporablja na številnih različnih področjih, vključno z medicino, računalniki in proizvodnjo čiste električne energije (nanoelektromehanski sistemi). Pomagala bi lahko tudi pri oblikovanju naslednje generacije solarnih panelov in učinkovite nizkoenergijske razsvetljave.
V: Ali so z uporabo nanotehnologije povezana kakšna tveganja?
O: Z uporabo nanotehnologije so lahko povezane neznane težave, na primer če bi bili uporabljeni materiali škodljivi za zdravje ljudi ali naravo. Lahko imajo slab vpliv na gospodarstvo ali celo na velike naravne sisteme, kot je Zemlja, zato nekatere skupine zagovarjajo stališče, da bi bilo treba uvesti pravila glede njene uporabe.
V: Katere vrste znanstvenikov preučujejo nanotehnologijo?
O: Znanstveniki, ki proučujejo nanotehnologijo, prihajajo z različnih področij, vključno z uporabno fiziko, znanostjo o materialih, znanostjo o vmesnikih in koloidih, fiziko naprav, kemijo, supramolekularno kemijo, samoreplikacijskimi stroji in robotiko kemijsko inženirstvo strojništvo biologija biološko inženirstvo elektrotehnika itd.
