mini|desno|250px|Ugljična nanocijev, animirani prikaz. Nanotehnologija je bilo koja tehnologija čije su polje djelovanja veličine reda milijarditog dijela metra. To su tehnologije koje manipulišu sa pojedinačnim atomima. To je primijenjena nauka i odnosi se na proizvodnju uređaja čije su dimenzije 100 nanometara ili manje.
mini|300x300piksel| Fulerenski nanozupčanici
Nanotehnologija je upotreba materije na atomskoj, molekularnoj i supramolekularnoj skali u industrijske svrhe. Najraniji, široko rasprostranjeni opis nanotehnologije odnosio se na određeni tehnološki cilj preciznog manipulisanja atomima i molekulama za proizvodnju proizvoda na makro nivou, koji se sada naziva i molekularna nanotehnologija Generalizovaniji opis nanotehnologije je naknadno uspostavljen od strane Nacionalne nanotehnološke inicijative, koja je definisala nanotehnologiju kao manipulaciju materijom sa najmanje jednom dimenzijom veličine od 1 do 100 nanometara (nm). Ova definicija odražava činjenicu da su kvantno-mehanički efekti važni na ovoj skali kvantnog carstva, pa se definicija pomjerila sa određenog tehnološkog cilja na kategoriju istraživanja koja uključuje sve vrste istraživanja i tehnologija koje se bave posebnim svojstvima materije koja se javljaju ispod datog praga veličine. Stoga je uobičajeno vidjeti oblik množine "nanotehnologije" kao i "tehnologije nanorazmjera" da se odnosi na širok spektar istraživanja i primjena čija je zajednička osobina veličina.
Nanotehnologija definisana veličinom prirodno je široka, uključujući područja nauke koja su raznolika kao što su nauka o površini, organska hemija, molekularna biologija, fizika poluprovodnika, skladištenje energije inženjerstvo,Elishakoff,I., D. Pentaras, K. Dujat, C. Versaci, G. Muscolino, J. Storch, S. Bucas, N. Challamel, T. Natsuki, Y.Y. Zhang, C.M. Wang and G. Ghyselinck, Carbon Nanotubes and Nano Sensors: Vibrations, Buckling, and Ballistic Impact, ISTE-Wiley, London, 2012, XIII+pp.421; . mikrofabrikacija, i molekularni inženjering. Povezana istraživanja i primjene su podjednako raznolike, u rasponu od proširenja konvencionalne fizike uređaja do potpuno novih pristupa zasnovanih na molekularnom samosastavljanju, od razvoja novih materijala s dimenzijama na nanoskali do direktne kontrole materije na atomskoj skali.
Naučnici trenutno raspravljaju o budućim implikacijama nanotehnologije. Nanotehnologija bi mogla stvoriti mnoge nove materijale i uređaje sa širokim spektrom primjena, kao što su nanomedicina, nanoelektronika, proizvodnja energije biomaterijala i proizvode široke potrošnje. S druge strane, nanotehnologija postavlja mnoga ista pitanja kao i svaka nova tehnologija, uključujući zabrinutost oko toksičnosti i uticaja nanomaterijala na životnu sredinu, i njihovih potencijalnih efekata na svjetsku ekonomiju, kao i spekulacije o različitim scenarijima sudnjeg dana. Ova zabrinutost dovela je do rasprave među grupama za zagovaranje i vladama o tome je li posebna regulacija nanotehnologije opravdana.
Porijeklo Koncepte koji su postavili nanotehnologiju prvi je 1959. godine razmotrio poznati fizičar Richard Feynman u svom govoru There's Plenty of Room at the Bottom, u kojem je opisao mogućnost sinteze putem direktne manipulacije atoma. desno|mini| Poređenje veličina nanomaterijala Termin "nano-tehnologija" prvi je upotrebio Norio Taniguchi 1974. godine, iako nije bio široko poznat. Inspirisan Feynmanovim konceptima, K. Eric Drexler je koristio termin "nanotehnologija" u svojoj knjizi Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology iz 1986. godine, koja je predložila ideju o "sastavljaču" nanorazmjere koji bi bio u stanju napraviti kopiju samog sebe i drugih stavki proizvoljne složenosti s atomskom kontrolom. Također 1986. Drexler je suosnivač The Foresight Instituta (s kojim više nije povezan) kako bi pomogao povećanje svijesti i razumijevanje nanotehnoloških koncepata i implikacija.
Pojava nanotehnologije kao polja 1980-ih dogodila se kroz konvergenciju Drexlerovog teoretskog i javnog rada, koji je razvio i popularizirao konceptualni okvir za nanotehnologiju, i vrlo vidljiv eksperimentalni napredak koji je privukao dodatnu široku pažnju na izglede atomske kontrole materije. U 1980-im, dva velika otkrića izazvala su rast nanotehnologije u modernoj eri. Prvo, pronalazak skenirajućeg tunelskog mikroskopa 1981. koji je omogućio vizuelizaciju pojedinačnih atoma i veza bez presedana, a uspješno je korišten za manipulaciju pojedinačnim atomima 1989. godine. Programeri mikroskopa Gerd Binnig i Heinrich Rohrer iz IBM Zurich Research Laboratory dobili su Nobelovu nagradu za fiziku 1986. Binnig, Quate i Gerber su te godine također izumili analogni mikroskop atomske sile. lijevo|mini| Buckminsterfuleren C 60, također poznat kao buckyball, reprezentativni je član ugljikovih struktura poznatih kao fulereni. Članovi porodice fulerena su glavni predmet istraživanja koji spada pod okrilje nanotehnologije. Drugo, fulerene su 1985. otkrili Harry Kroto, Richard Smalley i Robert Curl, koji su zajedno dobili Nobelovu nagradu za hemiju 1996. godine. C60 u početku nije opisan kao nanotehnologija; termin je korišten u vezi s naknadnim radom sa srodnim ugljičnim nanocijevima (ponekad nazvanim grafenske cijevi ili Bucky cijevi) što je sugerisalo potencijalne primjene za elektroniku i uređaje nanorazmjera. Otkriće ugljičnih nanocijevi se uglavnom pripisuje Sumiu Iijimi iz NEC -a 1991. za koji je Iijima osvojio inauguralnu Kavli nagradu 2008. godine za nanonauku.
Početkom 2000-ih, ovo polje je privuklo povećanu naučnu, političku i komercijalnu pažnju što je dovelo do kontroverzi i napretka. Pojavile su se kontroverze u vezi sa definicijama i potencijalnim implikacijama nanotehnologija, što je ilustrovano u izvještaju Kraljevskog društva o nanotehnologiji. Pokrenuti su izazovi u vezi izvodljivosti primjena koje su zamislili zagovornici molekularne nanotehnologije, što je kulminiralo javnom debatom između Drexlera i Smalleya 2001. i 2003.
U međuvremenu, počela se pojavljivati komercijalizacija proizvoda zasnovana na napretku u nanotehnologijama. Ovi proizvodi su ograničeni na masovnu primjenu nanomaterijala i ne uključuju atomsku kontrolu materije. Neki primjeri uključuju Silver Nano platformu za korištenje srebrnih nanočestica kao antibakterijskog agensa, prozirne kreme za zaštitu od sunca na bazi nanočestica, jačanje ugljičnih vlakana korištenjem nanočestica silicij dioksida i karbonske nanocijevi za tekstil otporan na mrlje.
Vlade su krenule sa promovisanjem i finansiranjem istraživanja u nanotehnologiji, kao što je u SAD sa Nacionalnom inicijativom za nanotehnologiju, koja je formalizovala definiciju nanotehnologije zasnovanu na veličini i uspostavila finansiranje istraživanja na nanorazmjeri, a u Evropi preko Evropskih okvirnih programa za istraživanje i tehnološki razvoj.
Sredinom 2000-ih nova i ozbiljna naučna pažnja počela je da cvjeta. Pojavili su se projekti za izradu mapa puta za nanotehnologiju koje su usmjerene na atomski preciznu manipulaciju materijom i raspravljaju o postojećim i projektovanim sposobnostima, ciljevima i primjenama.
Fundamentalni koncepti Nanotehnologija je inženjering funkcionalnih sistema na molekularnoj razmjeri. Ovo pokriva i trenutni rad i naprednije koncepte. U svom izvornom smislu, nanotehnologija se odnosi na projektovanu sposobnost konstruisanja predmeta odozdo prema gore, koristeći tehnike i alate koji se danas razvijaju kako bi se napravili potpuni proizvodi visokih performansi.
Jedan nanometar (nm) je milijarditi dio, ili 10−9 metra. Poređenja radi, tipične dužine veze ugljik-ugljik, ili razmak između ovih atoma u molekuli, su u rasponu od , a dvostruka spirala DNK ima prečnik oko 2 nm. S druge strane, najmanji ćelijski oblika života, bakterija iz roda Mycoplasma, ima oko 200 nm dužine. Po konvenciji, nanotehnologija se uzima kao opseg skale od prema definiciji koju koristi Nacionalna inicijativa za nanotehnologiju u SAD. Donja granica je određena veličinom atoma (vodik ima najmanje atome, koji su približno četvrtina nm kinetičkog prečnika) budući da nanotehnologija mora izgraditi svoje uređaje od atoma i molekula. Gornja granica je manje-više proizvoljna, ali je oko veličine ispod koje pojave koje se ne primjećuju u većim strukturama počinju da postaju očigledne i mogu se koristiti u nano uređaju. Ovi novi fenomeni čine nanotehnologiju različitom od uređaja koji su samo minijaturne verzije ekvivalentnog makroskopskog uređaja; takvi uređaji su u većem obimu i spadaju pod opis mikrotehnologije.
Ako stavimo tu razmjeru u drugi kontekst, uporedna veličina nanometra na metar je ista kao veličina klikera u odnosu na veličinu Zemlje. Ili drugačije rečeno: nanometar je količina brade koju prosječnom čovjeku naraste za vrijeme koje mu je potrebno da podigne britvu do lica.
U nanotehnologiji se koriste dva glavna pristupa. U pristupu "odozdo prema gore", materijali i uređaji su izgrađeni od molekularnih komponenti koje se same sastavljaju hemijski prema principima molekularnog prepoznavanja. U pristupu odozgo prema dolje, nano-objekti se konstruiraju od većih entiteta bez kontrole na atomskom nivou.
Oblasti fizike kao što su nanoelektronika, nanomehanika, nanofotonika i nanoinika su se razvile tokom posljednjih nekoliko decenija kako bi pružile osnovnu naučnu osnovu nanotehnologije.
Veći prema manjim: perspektiva materijala desno|mini| Slika rekonstrukcije na čistoj površini od zlata (100), kako je vizualizirana pomoću skenirajuće tunelske mikroskopije. Položaji pojedinačnih atoma koji čine površinu su vidljivi. Nekoliko fenomena postaje izraženo kako se veličina sistema smanjuje. To uključuje statističke mehaničke efekte, kao i kvantno mehaničke efekte, na primjer "efekt kvantne veličine" gdje se elektronska svojstva čvrstih materija mijenjaju sa velikim smanjenjem veličine čestica. Ovaj efekt ne dolazi u obzir prelaskom sa makro na mikro dimenzije. Međutim, kvantni efekti mogu postati značajni kada se dosegne raspon veličine nanometara, obično na udaljenostima od 100 nanometara ili manje, u takozvanom kvantnom području. Osim toga, brojna fizička (mehanička, električna, optička, itd.) svojstva se mijenjaju u poređenju sa makroskopskim sistemima. Jedan primjer je povećanje odnosa površine i zapremine koje mijenja mehanička, termička i katalitička svojstva materijala. Difuzija i reakcije na nanoskali, materijali nanostrukture i nanouređaji s brzim transportom iona općenito se nazivaju nanoionikom. Mehanička svojstva nanosistema su od interesa za istraživanje nanomehanike. Katalitička aktivnost nanomaterijala također otvara potencijalne rizike u njihovoj interakciji s biomaterijalima.
Materijali svedeni na nanorazmjeru mogu pokazati različita svojstva u odnosu na ono što pokazuju na makro skali, što omogućava jedinstvene primjene. Na primjer, neprozirne materije mogu postati prozirne (bakar); stabilni materijali mogu postati zapaljivi (aluminij); nerastvorljivi materijali mogu postati rastvorljivi (zlato). Materijal kao što je zlato, koji je hemijski inertan na normalnim razmjerama, može poslužiti kao moćan hemijski katalizator na nanoskali. Veliki dio fascinacije nanotehnologijom proizlazi iz ovih kvantnih i površinskih fenomena koje materija ispoljava na nanoskali.
Od jednostavnog do složenog: molekularna perspektiva Moderna sintetička hemija dostigla je tačku u kojoj je moguće pripremiti male molekule za gotovo svaku strukturu. Ove metode se danas koriste za proizvodnju širokog spektra korisnih hemikalija kao što su farmaceutski proizvodi ili komercijalni polimerii. Ova sposobnost postavlja pitanje proširenja ovakve vrste kontrole na sljedeći veći nivo, tražeći metode za sklapanje ovih pojedinačnih molekula u supramolekularne sklopove koji se sastoje od mnogih molekula raspoređenih na dobro definisan način.