כל החומר סביבנו מורכב מאטומים ומולקולות. כדי להבין את ההתנהגות של חומר מסוים קוונטית מחפשים אחר מאפייני האטומים. אך עם כניסתו של המחקר, נמצא כי קיים סולם שהוא קטן בהרבה מהסולם המולקולרי. זוהי ננו המדידה של מיליארד מטר. אטום של חומר נמדד בערך 0.1 ננומטר. מכיוון שהאטומים הם אבני הבניין של העניין, בקנה מידה ננו ניתן לסדר אטומים אלה יחד ליצירת חומרים חדשים. כל המחקרים סביב המחקר וההמצאות הקשורות לתכונות האלמנטים בקנה מידה ננו זה מכונים ננוטכנולוגיה.
מהי ננוטכנולוגיה?
המונח ננו מתייחס לסולם המיליארד מטר. זה קטן מאורך הגל של האור. ננוטכנולוגיה מתייחסת לכל המחקרים הקשורים למניפולציה של חומר ברמת הננו. נמצא כי התכונות הקוונטיות של החומר בקנה מידה ננו שונות מאלה של הסולם האטומי. לכן, המחקר הקשור לננוטכנולוגיה הוא רחב מאוד הכולל תחומי מדע רבים כגון כימיה אורגנית, ביולוגיה מולקולרית, מדעי שטח, אחסון אנרגיה, הנדסה מולקולרית, מוֹלִיך לְמֶחֱצָה פיזיקה ומיקרו-ייצור.
יסודות
מחקר ננומטר של חומר מרתק מכיוון שזה השלב הבסיסי שבו האטומים מסודרים יחד. לפיכך, ניתן ליצור סוגים רבים ושונים של חומרים על ידי מניפולציה בחומר בקנה מידה זה. ננומטרים נעים בין 1-100 ננומטר. הוא קטן יותר ממיקרוסקאלה וגדול יותר מהסולם האטומי. מכיוון שהמחקר סביב טכנולוגיה זו כולל מאפיינים שונים של העניין, חשוב שיהיה להם רקע חזק במדעים מרובים.
ננוטכנולוגיה
ברמה הננומטרית, כללי מכניקת הקוונטים של החומר שונים מאוד מרמתו האטומית. לדוגמא, חומר שמתנהג כמבודד בצורה מולקולרית יכול להתנהג כ- מוֹלִיך לְמֶחֱצָה בעת התמוטטות לננומטרים. ברמה זו, נקודת ההתכה של החומרים יכולה להשתנות גם בגלל עלייה בשטח הפנים. כל המחקר סביב הננוטכנולוגיה כיום כולל חקר המאפיינים הללו בקנה מידה ננו ולדעת כיצד להשתמש בהם ליישומים חדשים.
כיום ננוטכנולוגיה מתייחסת גם למדע של בניית פריטים מלמטה למעלה בעזרת הכלים והטכנולוגיה הקיימים כיום, ליצירת מוצרים בעלי ביצועים גבוהים.
סוגי ננוטכנולוגיה
מאחר שננוטכנולוגיה עוסקת בחקר החומר בקנה מידה ננו, והמדעים בקנה מידה זה נמצאים תחת ננוטכנולוגיה. המדע העוסק במניפולציה של חומר ליצירת ביצועים גבוהים טרנזיסטורים ו מיקרו-מעבדים ידוע בשם Nanoengineering. כאשר משתמשים בננו-טכנולוגיה לייצור מוצרים פרמצבטיים היא מכונה ננו-רפואה. הננוטכנולוגיה משמשת מאוד לייצור מכשירים אלקטרוניים המכונים ננו-אלקטרוניקה.
לננוטכנולוגיה יש שני סוגים של גישות - הגישה מלמטה למעלה וגישת ה- Top-dow. בגישה מלמטה למעלה, חומרים נוצרים מרכיבים קטנים הנעים לעבר רכיבים גדולים יותר. בגישה מלמעלה למטה, חומרי הננו נוצרים מיישויות גדולות יותר.
לאורך השנים הננוטכנולוגיה פותחה גם בשם ננו-מכניקה, ננו-פוטוניה וננו-יוניקה המספקת בסיס מדעי בסיסי לננו-טכנולוגיה.
שימושים בננוטכנולוגיה
חומרים ננומטריים משמשים ליישומים בתפזורת. נוצרים חומרי מילוי ננו המשמשים בתאים סולריים להפחתת עלות הייצור שלהם. הננוטכנולוגיה תרמה תרומה רבה לתחום הביו-רפואי. יישומים כגון הנדסת רקמות, אספקת תרופות, וחיישני ביו מפותחים.
הננוטכנולוגיה סייעה במבנה של DNA מלאכותי ובמחקר של חומצות גרעין אחרות. בסינתזת החומרים טכנולוגיה זו סייעה בתכנון מולקולות מעוצבות היטב. פותחו טכניקות ייצור חדשות כגון ננוליתוגרפיה, תצהיר שכבה אטומית.
יתרונות וחסרונות
התפתחות תחום זה סייעה בהתפתחותם של מדעים חדשים שונים. באמצעות ננוטכנולוגיה ניתן לתפעל את תכונות החומרים בהתאם לצורך שלנו. ניתן להפוך חומרים לעמידים יותר, יציבים, חזקים, קלים יותר, מגיבים יותר, מוליכים חשמליים טובים יותר וכו '.
החסרונות הכרוכים בננוטכנולוגיה דומים לאלה המתרחשים בדרך כלל עם פיתוח טכנולוגיה חדשה. החשש ביותר הוא מההשפעה של הננוטכנולוגיה על תנאי הסביבה. ההשפעה של טכנולוגיה זו על הכלכלה העולמית מעוררת דאגה.
מחקר עתידי בתחום זה כולל פיתוח ננו-רובוטיקה ויישומיו בתרופות. מוצעים מכשירים חדשים לייצור ננו ליישומים מסחריים עתידיים. מוצעים מכונות ננו אשר יסייעו בפיתוח חומרי ננו ומערכות ננו חדשים. מתפתחים חומר שתכונותיו ניתנות להפיכה ובקרה חיצונית. מונחים חדשים כמו ביוטכנולוגיה וטכנולוגיית Femto הוטבעו עם טכנולוגיה זו. מהן שתי הגישות המשמשות לייצור חומרי ננו?
