Nanoteknologio

El Vikipedio, la libera enciklopedio
Salti al navigilo Salti al serĉilo

Nanoteknologio estas esprimo por ĉiuj teknologioj, kiuj esploras, modifas aŭ produktas objektojn aŭ strukturojn kies gravaj grandecoj estas proksimume inter 1 kaj 100 nanometroj. (Nanometro estas miliardono de metro). La nanoteknologion oni nuntempe ĉefe uzas por produkti pigmentojn kaj plombojn. Oni antaŭvidas, ke en estonteco oni povos uzi la nanoteknologion en tre multaj kampoj.

Kontraste al la mikroteknologio, en la nanoteknologio gravas la kvantummekanikaj efikoj kaj duonkonduktaĵo.

Priskribo[redakti | redakti fonton]

Komparo de grandoj. Mezuroj rilate al metro (1 metro = 100).
La pli malhela sekcio montras proksimume kie prilaboras nanoteknologio.

Nanoteknologio estas kampo de aplik-scienco koncentriĝanta pri la desegnado, sintezado, karakterizado kaj aplikado de materialoj kaj aparatoj en la nanoskalo. Nanoteknologio estas subklasifikado de teknologio en scienco, biologio, fiziko, kemio kaj aliaj sciencaj kampoj kaj okupiĝas pri la esploro de fenomenoj kaj manipulado de materialo ĉe la nanoskalo, esence etendaĵo de nunaj sciencoj en la nanoskalo. Du ĉefaj aliroj estas uzitaj en nanoteknologio: unu estas "malsupre-supren" aliro kie materialoj kaj aparatoj estas konstruitaj atomon post atomo, la alia "supre-malsupren" aliro kie ili estas sintezitaj aŭ konstruitaj per forigado de ekzistanta materialo de pli grandaj entoj. Unika flanko de nanoteknologio estas la multe pliigita kiomo de surfaca loko al volumeno, kio est en multaj nanoskalaj materialoj, kio malfermas novajn eblecojn en surfac-bazita scienco, kiel katalizilo. Ĉi tiu kataliza agado ankaŭ malfermas potencialajn riskojn en ilia interrilatado kun molekula biomaterialoj.

La impeto por nanoteknologio havas devenon de renovigita intereso en koloida scienco, kuplita kun nova generacio de analizaj iloj kiel la atom-forta mikroskopo (AFM) kaj la tunel-efika mikroskopo (aŭ skantunela mikroskopo, STM). Kombinita kun rafinitaj procedoj kiel elektron-radia litografado, ĉi tiuj instrumentoj permesas la intencan manipuladon de nanostrukturoj. Ĉi tiuj novaj materialoj kaj strukturoj siavice kaŭzis la rimarkon de novaj fenomenoj kiel la “kvantuma grandeco efiko” kie la elektronikaj proprecoj de firmaĵoj estas ŝanĝitaj kun grandaj reduktoj en eta grandeco. Ĉi tiu efiko ne eniras la ludon iranta de makro al etaj dimensioj. Tamen, ĝi fariĝas superreganta kiam la nanometra grandeco gamo estas atingita. Nanoteknologio ankaŭ estas uzita laŭ ombrela termino por priparoli aperantajn aŭ novajn teknologiajn evoluadojn asociiĝantaj kun mikroskopaj dimensioj. Malgraŭ la granda promeso de multaj nanoteknologioj kiel kvantumaj punktoj kaj nanotuboj, veraj aplikoj kiuj jam ekiris de la laboratorio kaj en la vendoplacon plejparte utiligis avantaĝojn koloidaj nanopartikloj, kiel kontraŭ-asunbrunaj belŝmiraĵoj, kosmetikaĵoj, protektaj ŝirmaĵoj kaj ne-makuleblaj teksaĵoj.

Historio[redakti | redakti fonton]

La ricevanto de la Nobel-premio pri fiziko de 1965, Richard Feynman, estis la unua kiu faris referencon al la ebloj de la nanoscienco kaj de la nanotecnologio en diskurso kiun li faris en la Caltech (Teknologia Instituto de Kalifornio) en la 29-a de decembro 1959, titolita Funde estas malmanka spaco (There's Plenty of Room at the Bottom), en kiu li priskribas la eblon de la sintezo pere de la rekta manipulado de la atomoj. La termino "nanoteknologioi" estis uzita por la unua fojo fare de Norio Taniguĉi en la jaro 1974, kvankam tio ne estas amplekse konata.

Komparoj de la grandoj de la nanomaterialoj.

Inspirita el la konceptoj de Feynman, sendepende K. Eric Drexler uzis la terminon "nanoteknologio" en sia libro de la jaro 1986 nome Motoroj de la kreado: la alveno de la Erao de la Nanoteknologio (en angla: Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology), en kiu li proponis la ideon de "enfoldigilo" nanoskala kiu estus kapabla konstrui kopion de si mem kaj de aliaj elementoj de arbitra komplekseco kun nivelo de atoma kontrolo. Ankaŭ en la jaro 1986, Drexler kun-fondis The Foresight Institute (la Instituto de Prospektoraj Studoj), kun kiu li jam ne havas rilaton, por helpi pliigi la konscion kaj publikan komprenon de la konceptoj de la nanoteknologio kaj de ties implicoj.

Tiel, la apero de la nanoteknologio kiel studobjekto en la 1980-aj jaroj okazis pro la konverĝo de la teoria kaj publikigita laboroj de Drexler, kiu disvolvigis kaj popularigis konceptan kadron por la nanoteknologio, kaj la eksperimentaj progresoj de alta videbleco kiu altiris aldonan atenton je ampleksa skalo al la prospekto de la atoma kontrolo de la materio.

Por ekzemplo, la invento de la tunel-efika mikroskopo en la jaro 1981 havigis senprecedencan rigardon al atomoj kaj unuopaj ligoj, kaj tio estis uzita sukcese por manipuli unuopajn atomojn en la jaro 1989. La disvolvigantoj de tiu mikroskopo nome Gerd Binnig kaj Heinrich Rohrer de la IBM Zurika Esplorlaboratorio ricevis Nobel-premion pri Fiziko en 1986.[1][2] Binnig, Quate kaj Gerber ankaŭ inventis la analogan atom-fortan mikroskopon tiun jaron.

Buckminsterfulereno C60, konata ankaŭ kiel "buckybola", estas membro reprezenta de la strukturoj de karbono konataj kiel fulerenoj. La membroj de la familio de la fulereno estas ĉefa esplortemo kiu estas interesa por la nanoteknologio.

La fulerenoj estis malkovritaj en 1985 fare de Harry Kroto, Richard Smalley kaj Robert Curl, kiuj kune ricevis la Nobel-premion pri kemio de 1996.[3][4] Dekomence la C60 ne estis priskribita kiel nanoteknologio; la termino estis uzita rilate al la posta laboro kun la tuboj de grafeno rilataj (nomitaj nanotuboj el karbono kaj kelkajn fojojn ankaŭ tuboj bucky) kio sugestus potencialajn aplikojn por aparatoj kaj elektroniko de nanoskalo.

komence de la 2000-aj jaroj, la studfako ricevis pliiĝintajn sciencajn, politikajn kaj komercajn interesojn kio kondukis kaj al la polemiko kaj al la progreso. La polemiko aperis rilate al la difinoj kaj eblaj implicoj de la nanoteknologioj, ekzemple en informo de la Royal Society pri la nanoteknologio.[5] La defioj aperis pro la fareblo de la aplikoj imagitaj de la proponantoj de la molekula nanoteknologio, kio kulminis en publika debato inter Drexler kaj Smalley en 2001 kaj 2003.[6]

Dume, la komerciigo de la produktoj bazitaj sur la progresoj de la nanoteknologio ekaperis. Tiuj produktoj estas limigitaj al pomalgrandaj aplikaĵoj de nanomaterialoj kaj ne postulas la atoman kontrolon de la materio. Kelkaj ekzemploj estas la platformo Nano Silver kiu uzas nanopartiklojn el arĝento kiel agento kontraŭbakteria, la travideblaj sunprotektiloj bazitaj sur nanopartikloj kaj la nanotuboj el karbono por toloj rezistantaj al la makuloj.[7][8]

Diversaj registaroj decidis sin al la promocio kaj al la financado de la esplorado en nanoteknologio, komence en Usono per sia National Nanotechnology Initiative, kiu formaligis la difinon de la nanoteknologio bazita sur la grando kaj kiu kreis fonduson por la financado de la esplorado je nanoskalo. Meze de la 2000-aj jaroj nova kaj serioza scienca atento ekfloris. Aperis projektoj por produkti agadplanon por la nanoteknologio[9][10] kiu centriĝis al la preciza atoma manipulado de la materio kaj kiu studas la kapablojn, celojn kaj aplikojn kaj ekzistantajn kaj planitajn.

Aliaj iniciatoj tiukadre estis la laboroj de personoj kiel Rosalind Franklin, James Dewey Watson kaj Francis Crick, kiuj proponis, ke la DNA estas la ĉefa molekulo kiu ludas ŝlosilan rolon en la regulado de ĉiuj procezoj de la organismo, kio disvastigis la konceptojn de la gravo de la molekuloj kiel determinantoj en la procezoj de la vivo. Tiu sciaro iris transen, ĉar per tio oni povis modifi la strukturon de la molekulaoj, kiel ĉe la polimerojplastoj kiuj nuntempe estas troveblaj en ĉiesaj hejmoj. Sed estas menciinda, ke tiu tipo de molekuloj estas konsidereblaj kiel “grandaj” kaj ne tiom "nanaj".

Nuntempe la medicino havas pli da intereso en la esplorado en la mikroskopa nivelo, ĉar en tiu eble estas la strukturaj ŝanĝoj kiuj okazigas la malsanojn; tial la branĉoj de la medicino kiu ricevis pli da profito tiukadre estas la mikrobiologio, la imunologio, la fiziologio; aperis ankaŭ novaj sciencoj kiel la Gentekniko, kiu generis polemikojn pri la konsekvencoj de procezoj kiel la klonado aŭ la eŭgeniko.

La disvolvigo de la nanoscienco kaj de la nanoteknologio en Latinameriko estas relative ĵusa, kompare al tio okazinta je tutmonda nivelo. Landoj kiel Meksiko, Kostariko, Argentino, Venezuelo, Kolombio, Brazilo kaj Ĉilio kontribuas je tutmonda nivelo per esploroj en diversaj areoj de la nanoscienco kaj de la nanoteknologio.[11] Krome, kelkaj el tiuj landoj disponas ankaŭ de edukprogramoj je la diversaj edukniveloj.

Nanomaterialoj[redakti | redakti fonton]

Silicipeco (malkekstre) kaj silicia nanopolvo (dekstre).

Multaj tradiciaj solidoj montras diferencajn proprecojn kiam ili malpliiĝas ĝis nanometrajn malgrandojn. Por ekzemplo, nanopartikloj de kutime flava oro kaj griza silicio estas ruĝaj; oraj nanopartikloj fandiĝas je multe pli malaltaj temperaturoj (~300 °C for 2.5 nm grande) ol la orblokoj (1064 °C);[12] kaj metalaj nanokabloj estas multe pli fortaj ol la korespondaj metalpecoj.[13][14] La granda surfaca areo de nanopartikloj faras ili tre altiraj por kelkaj aplikaĵoj en la kampo de energio. Por ekzemplo, platenaj metalpecoj povas havigi plibonigon kiel kataliziloj por brulaĵoj de aŭtomobiloj, same kiel brulĉeloj de polimer-elektrolita membrano (PEM). Ankaŭ, ceramikaj oksidoj de lantano, cerio, mangano kaj nikelo estas nuntempe disvolvigitaj kiel brulbaterioj de solida oksido (SOFC). Nanopartikloj el litio, liti-titanato kaj tantalo estas nun aplikataj al liti-jonaj baterioj. Siliciaj nanopartikloj spektakle montris etendon de la stoka kapablo de la liti-jonaj baterioj dum la ciklo etendo/kuntirigo. Siliciaj nanokabloj ciklas sen grava degradado kaj prezentas la potencialon por uzado en baterioj kun grande etendigitaj stokotempoj. Siliciaj nanopartikloj estas uzataj ankaŭ en novaj formoj de sunenergiaj paneloj. Fajna filmometo de siliciaj kvantumaj punktoj sur la plurkristala silicia subtavolo de fotovoltaikaj sunpaneloj pliigas la produkton de voltado tiom multe kiom ĝis 60% per fluorigo de la venanta lumo antaŭ ties kapto. La surfaca areo de la nanopartikloj (kaj fajnaj filmoj) ludas kritikan rolon en la maksimumigo de la kvanto de absorbita radiado.

Notoj[redakti | redakti fonton]

  1. Binnig, G.; Rohrer, H. (1986). «Scanning tunneling microscopy». IBM Journal of Research and Development 30: 4.
  2. «Press Release: the 1986 Nobel Prize in Physics». Nobelprize.org. 15a de Oktobro 1986. Konsultita la 12an de Majo 2011.
  3. Kroto, H. W.; Heath, J. R.; O'Brien, S. C.; Curl, R. F.; Smalley, R. E. (1985). «C60: Buckminsterfullerene». Nature 318 (6042): 162-163. Bibcode:1985Natur.318..162K. doi:10.1038/318162a0.
  4. Adams, W Wade; Baughman, Ray H (2005). «Retrospective: Richard E. Smalley (1943–2005)». Science 310 (5756) (Viernes, 23 de diciembre de 2005). p. 1916. PMID 16373566. doi:10.1126/science.1122120.
  5. «Nanoscience and nanotechnologies: opportunities and uncertainties». Royal Society and Royal Academy of Engineering. 16a de julio 2004. Arkivita el la originalo la 3an de julio 2018. Konsultita la 15an de Aŭgusto 2021.
  6. «Nanotechnology: Drexler and Smalley make the case for and against 'molecular assemblers'». Chemical & Engineering News (American Chemical Society) 81 (48): 37-42. 1a de decembro 2003. doi:10.1021/cen-v081n036.p037. Konsultita la 15an de Aŭgusto 2021.
  7. «Nanotechnology Information Center: Properties, Applications, Research, and Safety Guidelines». American Elements. Konsultita la 15an de Aŭgusto 2021.
  8. «Analysis: This is the first publicly available on-line inventory of nanotechnology-based consumer products». The Project on Emerging Nanotechnologies. 2008. Arkivita el la originalo la 5an de Majo 2011. Konsultita la 15an de Aŭgusto 2021.
  9. «Productive Nanosystems Technology Roadmap».. Arkivita el la originalo je 2013-09-08. Alirita 2021-08-14.
  10. «NASA Draft Nanotechnology Roadmap». Konsultita la 15an de Aŭgusto 2021.
  11. Foladori, Guillermo (2008). Las nanotecnologías en América LatinaRed Latinoamericana de Nanotecnología y Sociedad.
  12. (1976) “Size effect on the melting temperature of gold particles”, Physical Review A 13 (6), p. 2287. doi:10.1103/PhysRevA.13.2287. 
  13. Walter H. Kohl. (1995) Handbook of materials and techniques for vacuum devices. Springer, p. 164–167. ISBN 1-56396-387-6.[rompita ligilo]
  14. (2009) “Inherent tensile strength of molybdenum nanocrystals”, Science and Technology of Advanced Materials 10 (4), p. 045004. doi:10.1088/1468-6996/10/4/045004. 

Eksteraj ligiloj[redakti | redakti fonton]

  • En tiu ĉi artikolo estas uzita traduko de teksto el la artikolo Nanotecnología en la hispana Vikipedio.