Nanotehnologija 1. - Kaj je nanotehnologija?

Nanotehnologíja je izraz, s katerim označujemo tehnološki razvoj v nanometrskem merilu, navadno v velikostih od 0,1 do 100 nm (en nanometer je enak tisočinki mikrometra ali milijoninki milimetra). Včasih se izraz uporablja ohlapneje za vso mikroskopsko tehnologijo.

V bistvu gre za polje uporabne znanosti in tehnologije, ki pokriva zelo širok tematski obseg. Glavna združitvena tema je nadzor materije, ki se giba v zgoraj omenjenih velikostnih okvirih. Med bolj pomembnimi področji, ki jih obsega so polje koloidne znanosti (koloidi so snovi z visoko molekularno maso, ki ne prehajajo skozi polprepustno membrano), mehanska fizika in multimolekularna kemija. Pojmovanj, ali je nanotehnologija le pripomoček tem vedam ali pa je nanotehnologija dosežek/vrh teh področij, je veliko; mnenja so različna in zato to vprašanje ostaja odprto. Nekateri vidijo nanotehnologijo kot pojem marketinga, ki s pridom izkorišča raziskave že omenjenih področij.

Kljub navidezni lahkosti definicije nanotehnologija pravzaprav združuje raznolike zadeve povpraševanj. Je presek mnogih disciplin, med drugimi tudi že omenjene koloidne znanosti, znanosti o materialih, električnega inženiringa… Bistvena se zdi razširitev obstoječih znanj v nano obliki ali "predelava" znanosti v novi obliki z uporabo novih metod.

Temelji na dveh pristopih. Prvi je »bottom up« pristop, kjer so naprave in materiali narejeni iz molekularnih komponent, ki se kemično združujejo skozi principe molekularnih spoznanj. Drug je znan kot »top down« pristop in temelji na sestavljanju nano naprav iz večjih bitij oziroma z njihovo pomočjo, toda brez kontrole na stopnji atomov.

V nanometrskem merilu postanejo pomembni kvantnomehanski pojavi, ki imajo včasih kontrastne posledice. Pri nanotehnološki obdelavi površin je moč doseči veliko povečanje razmerja med površino in prostornino telesa, kar je uporabno pri površinskih pojavih, kot je kataliza.

Gostota elementov v čipih sodobnih računalniških komponent (npr. število tranzistorjev na enoto površine) še vedno narašča eksponentno, fundamentalne omejitve elektronike pa ne dopuščajo v nedogled takšne rasti, ki jo opisuje Moorov zakon. Po zdajšnjih ocenah bo ta meja dosežena v 10-15 letih, ko bodo naraščajoči stroški izdelave preprečili nadaljnjo miniaturizacijo. Nanotehnologijo v tem kontekstu vidijo kot naslednji logični korak v razvoju računalniške arhitekture.

Izraz nanotehnologija pogosto uporabljajo kot sinonim za molekularno nanotehnologijo (MNT), hipotetično napredno obliko nanotehnologije, za katero se pravijo, da ima precejšen potencial v prihodnosti, čeprav se ocene o tem, kdaj natančno, razlikujejo. Izraz nanoznanost se uporablja za opis interdisciplinarnega polja znanosti, posvečenega razvoju nanotehnologije.

Kakor v katerikoli drugi vedi je tudi pri nanotehnologiji izrednega pomena razvoj novih orodij, pripomočkov, s katerimi lahko opazujemo različne procese, strukture ipd. V zadnjem času je pomembna nova generacija analitičnih pripomočkov, npr. AFM - atomic force microscope. Ta je kombiniran z očiščenimi oziroma prenovljenimi procesi kot sta electron beam litography in molecular beam epitaxy. Novi instrumenti omogočajo preudarni nadzor nad nanostrukturami, opazovanje novih fenomenov, »manufakturo« polimerov, ki temelji na strukturi molekul, zasnovo računalniških čipov temelječih na površinski znanosti…

Na sliki: Richard Smalley