Elemente de Nanotehnologie

Capitolul 1 INTRODUCERE

Nanotehnologia este acea ramură a ştiinţei care permite crearea de materiale, de dispozitive şi de sisteme la scară nanometrică (1-100 nm), prin manipularea materiei la această scară, precum şi prin exploatarea noilor proprietăţi ce rezultă la scară nanometrică, având un puternic impact asupra numeroaselor aplicaţii comerciale, militare şi spaţiale.

Conceptul de nanotehnologie se caracterizează prin faptul că toate procesele care se studiază şi se produc, au ca unitate de referinţă nanometrul, ce reprezintă a miliarda parte dintr-un metru (3 - 4 atomi). Pornind de la definirea acestei dimensiuni, se poate uşor deduce că nanotehnologia reprezintă practic un procedeu de asamblare la nivel molecular.

Noua tehnologie are menirea de a transforma produsele de fiecare zi şi modul în care acestea sunt fabricate prin manipularea atomilor, astfel încât materialele să poată fi micşorate şi îmbunătăţite în acelaşi timp.

Deşi produsele actuale bazate pe nanotehnologie sunt modeste - precum ţesături rezistente la pete şi ambalaje pentru alimente proaspete - care au intrat deja pe piaţă, unii oameni de ştiinţă estimează că nanotehnologia va juca un rol deosebit de important în viitor.

Datorită unor îmbunătăţiri a microscoapelor, oamenii de ştiinţă pot acum plasa pentru prima dată atomi singulari acolo unde doresc. Aplicaţiile potenţiale sunt numeroase: computere microscopice, nanoparticule pentru tratarea cancerului, motoare nepoluante, etc.

Utilizând binecunoscutele proprietăţi chimice ale atomilor şi moleculelor (care vizează modul de “lipire” a acestora), nanotehnologia propune construirea de dispozitive moleculare inovatoare, cu caracteristici extraordinare. Secretul constă în a manipula atomii individual şi de a-i plasa exact acolo unde este nevoie, astfel încât să producă structura dorită.

Nanotehnologia se poate defini şi ca fiind abilitatea de a transforma materia ordonând cu precizie atom după atom şi moleculă după moleculă, pentru ca în final să se producă nanostructuri din care să se poată forma nanoproduse, adică dispozitive şi maşini.

1.1 Obiective principale

Sintetizarea şi procesarea nanostructurilor au ca obiect înlocuirea diverselor tipuri de materiale organice, anorganice şi biologice, mai bune decât cele realizate până în prezent.

O atenţie sporită va trebui acordată sintetizării şi asamblării nanostructurilorla un înalt nivel de precizie, prin procesări inovative. Rezultatul va consta în controlul mărimii, formei, structurii, morfologiei legăturilor dintre molecule, nano-obiecte şi materiale nanostructurate.

Principalul obiectiv constă în realizarea de noi combinaţii la nivel nano capabile să formeze noi materiale şi maşinării nanostructurate ale căror limite de capabilitate să fie limitate doar de imaginaţia cercetătorului.

1.2 Tendinţe actuale de dezvoltare ştiinţifică şi tehnologică

Ultimul deceniu a cunoscut numeroase realizări în obţinerea de componente organice de o complexitate considerabilă. Descoperirea de noi tehnologii pentru polimeri, dendrimeri, a dus la obţinerea unei clase interesante de componente la nivel nano, cu proprietăţi mecanice şi optice deosebite.

Arhitecturile precise de tip nano, cu dimensiuni variind între 10 şi 100 nm au fost sintetizate cu succes. Componentele de acest tip implică reacţia unui înveliş reactiv de dendrimer cu un miez reactiv de dendrimer. Noile componente astfel obţinute se referă la compoziţii moleculare ale dendrimerilor, ducând într-o etapă de cercetare imediat următoare la obţinerea de noi faze folosind blocurile copolimerice. Sunt cercetări recente în cercetarea şi obţinerea de noi blocuri copolimerice din trei componente.

Nanocristale

În ultimii ani, un semnificativ progres a fost înregistrat în obţinerea de nanocristale. Multe materiale comune, precum metalele, semiconductorii şi magneţii pot fi obţinute din nanocristale, având la bază procedee chimice coloidale. Conceptul schimbului de legătură a fost bine dezvoltat, această metodă permiţând nanocristalelor caracterizaţi printr-o distribuţie limitată a mărimii diametrului (în general cu o variaţie în diametru între 5-15%) de a fi izolaţi şi folosiţi ulterior ca reactivi chimici. În acest domeniu un factor esenţial a constat în cercetările efectuate asupra rolului dimensiunilor care au avut la bază studii fundamentale în domeniul chimiei fizice şi al fizicii materiei condensate. Faptul că o simplă proprietate precum emisia de lumină depinde atât de mult de proprietăţile semiconductorilor a facilitat dezvoltarea obţinerii efective. Aceeaşi dependenţă de mărime a fost exploatată în obţinerea unor aplicaţii şi în alte domenii cum ar fi cel biologic.