nanotehnologija, osmišljavanje, priprava, karakterizacija i primjena materijala, naprava i sustava koji su funkcionalno organizirani na nanorazini (u području veličina 1 do 100 nm), a odlikuju se fenomenima i svojstvima koji se javljaju samo pri tim dimenzijama; kadšto nanotehnika. Obuhvaća istraživanje i razvoj na atomskoj, molekulskoj ili makromolekulskoj razini radi razumijevanja novih fenomena, kreiranje i uporabu struktura, naprava i sustava koji imaju nova svojstva i funkcije, mjerenje, modeliranje, manipulaciju na razini atoma, itd. U posljednje je doba predmetom velikog interesa znanosti i gospodarstva, a mnogi je smatraju prekretnicom koja će u suradnji s drugim tehnologijama (osobito s biotehnologijom i informatičkim tehnologijama) donijeti sveobuhvatne promjene u industrijskoj proizvodnji, tehnologiji materijala, energetici, medicini, zaštiti okoliša i drugim područjima ljudskog djelovanja.

Svojstva nanomaterijala

Nanomaterijali pokazuju različita svojstva u odnosu na makromaterijale, što im omogućuje različite nove primjene. Različito može biti jedno ili više svojstava, pojedine čestice mogu imati višestruku funkcionalnost, a ponekad se svojstva mogu precizno regulirati veličinom. Nekoliko je najvažnijih uzroka promjene svojstava materijala na nanorazini. Nanočestice imaju znatno veći omjer površine i volumena u odnosu na makromaterijale, dok je u nanostrukturiranim materijalima gustoća granica zrna znatno učestalija nego u makromaterijalima. Elektronska struktura nanomaterijala različita je u odnosu na makromaterijale. Gravitacijske sile su manje važne, a prevladavaju elektromagnetske sile. Na nanorazini javlja se nasumično gibanje čestica, a brzine i frekvencije veće su nego na makrorazini. Struktura nanomaterijala može se razlikovati od strukture makromaterijala. Umjesto klasičnoga mehaničkog modela pri opisu fenomena vezanih uz nanočestice rabi se kvantnomehanički model.

Primjena

Proizvodi koji u sebi imaju elemente nanotehnologije ili su uz nju usko vezani mogu se razvrstati na nanomaterijale, industrijske proizvode, biomedicinske proizvode, elektroniku, proizvode za zaštitu okoliša i robu široke potrošnje. Među nanomaterijalima ističu se fulereni, kvantne točke, dendrimeri, nanogline, nanoporozni materijali, aerogelovi, itd. U medicini se nanotehnologija, odn. nanomaterijali rabe u dijagnostici (npr. kvantne točke za označavanje stanica, magnetske nanočestice za kontraste, biosenzori), liječenju (pametni lijekovi i nosači lijekova za rak, sustavi za ciljano i vremenski kontrolirano doziranje lijekova, antibakterijska sredstva) i inženjerstvu tkiva (predlošci koji podupiru i usmjeravaju rast stanica, tanki filmovi bioaktivnih materijala na implantatima). U području elektronike nanotehnologija je omogućila veću integraciju mikroprocesora, odn. njihove veće brzine i manju potrošnju energije, veću gustoću pohrane informacija na magnetskim medijima te unaprijedila tehnologije prikaza slike. Nanotehnologija je ponudila i nova rješenja u području proizvodnje, pohrane i uštede energije, prijenosa podataka, izradbe senzora, aktuatora i sl. U području zaštite okoliša nanotehnologija je pridonijela učinkovitijem uklanjanju zagađivala u zraku i vodi. Na tržištu je i velik broj proizvoda široke potrošnje s elementima nanotehnologije.







Povijest

Začetci nanotehnologije javljali su se još u XIX. st. Godine 1857. Michael Faraday pripravio je i prikazao Kraljevskom društvu u Londonu uzorke koloidnog zlata. Potkraj 1920-ih Irving Langmuir i Katharine Burr Blodgett pripravili su monosloj (film debljine svega jednu molekulu). Ernst Ruska konstruirao je 1931. transmisijski elektronski mikroskop (TEM), a Max Knoll 1935. pretražni elektronski mikroskop (SEM). Richard Phillips Feynman održao je 1959. glasovito izlaganje Mnogo je mjesta na dnu! (Thereʼs Plenty of Room at the Bottom!) u kojem je predvidio pojavu nanotehnologije, kontrolu materijala na razini atoma i molekula te dao viziju mogućnosti znanosti i tehnologije na nanorazini (pohrana informacija na nanoljestvici, elektronski mikroskopi visoke rezolucije, manipulacija atomima, samoorganizacija, mali strojevi koji izrađuju još manje strojeve, itd.). Naziv nanotehnologija skovao je 1974. Norio Taniguchi. Gerd Binnig i Heinrich Rohrer konstruirali su 1981. pretražni tunelirajući mikroskop (STM). Početkom 1980-ih Aleksej Ivanovič Ekimov pripravio je prve kvantne točke u staklenoj matrici, a ubrzo zatim Louis Eugene Brus i u koloidnoj otopini. Richard Errett Smalley, Robert Floyd Curl i Harold Walter Kroto 1985. priredili su C60 fuleren (buckminsterfullerene). Godine 1986. G. Binnig, Calvin Forrest Quate i Christoph Gerber konstruirali su mikroskop atomskih sila (AFM), a Eric Kim Drexler objavio je jednu od prvih knjiga o nanotehnologiji Strojevi za stvaranje (Engines of Creation); u njoj se opisuje sastavljač (engl. assembler), univerzalni stroj nanoveličine koji je sposoban načiniti nanostrukturirani materijal, stroj istovjetan sebi te drugi stroj. Otkriće kvantnomehaničkoga fenomena gigantskog magnetootpora Alberta Ferta i Petera Grünberga 1988. omogućilo je mnogostruko povećanje gustoće zapisa na tvrdim diskovima. Donald Mark Eigler je 1989. demonstrirao mogućnost precizne manipulacije pojedinačnim atomima pri izgradnji malih struktura. Sumio Iijima otkrio je 1991. ugljikove nanocjevčice, a 2004. Andrej Konstantinovič Gejm i Konstantin Sergejevič Novosjolov izolirali su grafen.

Nanotehnologija u hrvatskom visokom školstvu i znanosti

U Hrvatskoj se na sveučilišnoj razini na više fakulteta poučava o nanotehnologiji, nanomaterijalima, nanomedicini i specifičnim primjenama nanotehnologije. Prvi kolegij u tom području bio je Uvod u nanotehnologiju na → Fakultetu kemijskog inženjerstva i tehnologije (2005), a istoimeni udžbenik objavljen je 2017 (S. Kurajica, S. Lučić Blagojević). Također, postoji više fakulteta i znanstvenih instituta na kojima se provode znanstvena istraživanja vezana uz nanotehnologiju.





