Какво е нанотехнологията?

Нанотехнологията e клон на науката и техниката, посветен на разработването, производството и използване на структури, устройства и системи, чрез манипулиране на атомите и молекулите на наночастици, т.е. частици с размер от порядъка на 100 нанометра (100 милионна от милиметъра) или по-малко. За сравнение човешкият косъм е около 80 000 Nm широк.Нанотехнология вече обхваща промишлени сектори, като информационните и комуникационни сектори, но се използва също и в хранителни технологии, енергийни технологии, както и в някои лекарствени продукти и лекарства. Наноматериали могат да предложат нови възможности за намаляване на замърсяването на околната среда. 

Нанотехнологиите осигуряват предимства в сравнение с други технологии чрез използване разликите във физичните, химичните и биологичните свойства на обектите на нивото на наноскалата. Нанотехнологията най-вероятно ще промени начина, по който много продукти ще се и вече се произвеждат сега и в бъдеще. Авангардни отрасли като здравеопазването, електроника и науката вече използват нанотехнологии. В България организирана дейност в областта на нанотехнологиите съществува от 1998 г., когато се създава Национален експертен съвет по нанотехнологии и Национален център по нанотехнологии. Днес Академията отделя значително място на тази област като водещо научно направление, а много от институтите на БАН имат отношение към тази материя. 

Възникване на Нанотехнологията -  "Ричард Филипс Фейнман"

Най-често признанието за вдъхновяването на идеята за нанотехнологиите се приписва на Ричард Филипс Фейнман, който през 29 Декември 1959г. произнася своята реч 

„There"s Plenty of Room at the Bottom”. Тогава той не е използвал думата „нанотехнология”, но заявява, че когато учените започнат да манипулират отделните атоми, ще може да се синтезира абсолютно всяко нещо.

Той описва как цялата енциклопедия Британика може да се помести върху главата на топлийка.

Още повече ако вместо да се намалява размера, информацията се кодира в компютърен формат и ако се използва не само повърхността, но и обема, то тя би се събрала в една единствена прашинка.

В своята лекция Феинман посочва и няколко пътя на изследване, свързани с правенето на по малки и по-бързи компютри, и по късно от там произлиза и дефиницията за нанотехнология. Фейнман не е имал ясна концепция за това как да се направят подобни устройства и е предложил награда от 1000 долара на човека, който пръв успее да намали една обикновена страница текст 25000 пъти. Тази награда е дадена чак през 1985г. По късно Фейнман става носител на нобелова награда за физика, за изследвания в областта на квантовата електродинамика. По-късно се появява и нещо като дефиниция за нанотехнология – технология която е с размери от 1 до 100 nm. 1 nm е една милиарна част от метъра. Представката „нано” идва от гръцката дума „nanos”, която означава „джудже”. Ако приемем, че носът ни е с размери 1нм. то тогава една кръвна клетка би имала размерите на Емпайеър Стейт Билдинг.

Изследванията в тази област започват бавно и постепенно. През 1981 г. в швейцарското отделение на IBM е създаден тунелният микроскоп. Принципът на действие е прост - остра игла, на която е подадено неголямо напрежение, се позиционира на няколко nm от повърхността на изследвания материал. В края си тя има отвор с ширината на един атом.Под действие на напрежението от острието на иглата тунелират електрони и възниква малък ток. Промяната на положението на иглата с разстояние, по-малко дори от размера на един атом, предизвиква рязка промяна на протичащия през нея ток. Повърхността може да бъде сканирана, като иглата се премества хоризонтално и се фиксират промените в тунелния ток, протичащ през нея. На получената картина могат да бъдат различени отделните атоми.

Оказало се е обаче, че с помощта на тунелния микроскоп не само може да се получи образ, но и да се въздейства върху отделни атоми от изследваната повърхност. Чрез прилагането на подходящо напрежение един атом може да бъде "взет" с върха на иглата, преместен и "оставен" на подходящо място. През 1990 г. една снимка обиколи света: върху никелов монокристал с отделни ксенонови атоми бяха изписани буквите "IBM". Височината на "шрифта" беше 5 атома, а като "принтер" беше използван сканиращ тунелен микроскоп. Учените се убедиха, че атомите могат да бъдат организирани от човека в различни конфигурации.

Друго по важно откритие през 1985 е нова форма на молекула от въглерод. Тази форма е кръгла молекула, изградена от 60 въглеродни атома. По-късно през 1991г благодарение на това откритие са направили така наречените въглеродни нанотръби. Тези нанотръби са 50 000 пъти по тънки от човешки косъм, 100 пъти по здрави от стомана и същевременно 6 пъти по леки. Това откритие вече се използва масово за произвеждане на високо технологични продукти.

Тези открития са по-скоро изключения отколкото правило. След популяризирането на думата „нанотехнология” следва естествено и нейната комерсиализация. В днешно време нанотехнологичното производство е ориентирано главно към производството на по-добри материали, като чисто и просто се комбинира напредналата химия с някои от знанията произлезли от нанотехнологиите. Доста от съвременните продукти, които ползваме ежедневно минават за нанотехнология – от козметични продукти, през различни покрития, до тенис ракети и топки. На практика производството на тези продукти е на принципа – големи машини правят малки продукти, който е пълна противоположност на оригиналния замисъл – малки машинки да правят големи неща.