Obiective și Aplicații ale Nanotehnologiei

I. INTRODUCERE

Dezvoltarea ştiinţei a demonstrat că cele mai spectaculoase progrese se obţin prin cercetare pluridisciplinară, situată la graniţa dintre diferite discipline. Cu cât numărul acestor discipline concurente este mai mare, cu atât este mai rapidă dezvoltarea noii ştiinţe iar impactul pe care îl va avea asupra societăţii va fi mai mare.

Dicţionarul Webster defineşte cuvântul “nanotehnologie” ca fiind “arta manipulării unor dispozitive minuscule, de dimensiuni moleculare”.

Nanotehnologia a fost iniţial introdusă pentru a furniza o ţintă concretă acurateţei pentru procesele de fabricaţie care implică finisări de ultraprecizie, cum ar fi: tăieri ultrafine, diverse tipuri de prelucrare (procesare) cu fascicule energetice, utilizând fascicule de fotoni, electroni sau ioni, evaporarea în strat subţire, corodări superficiale ultrafine, etc.

De la prezentarea conceptului de nanotehnologie în anul 1974 la Tokyo, acesta a câştigat teren atât în Europa cât şi în S.U.A., referindu-se aici la ştiinţa fenomenelor la scară atomică.

Cercetarea ştiinţifică este evident necesară întrucât nanotehnologia nu poate avea succes fără o înţelegere ştiinţifică de bază a fenomenelor petrecute la scară atomică.

Noua tehnologie va transforma produsele de fiecare zi şi modul în care sunt fabricate prin manipularea atomilor astfel încât materialele să poată fi micşorate, îmbunătăţite şi uşurate în acelaşi timp. Deşi modeste, produsele actuale bazate pe nanotehnologie, precum ţesături rezistente la pete şi ambalaje pentru alimente proaspete, care au intrat pe piaţă, oameniii de ştiinţă estimând că nanotehnologia va juca un rol deosebit de important în viitor.

Lucrarea de faţă îşi propune să realizeze o trecere în revistă a unora dintre “dispozitivele minuscule” şi modalităţi de realizare cu ajutorul acestora a diferitelor produse, păşind astfel într-o nouă eră a tehnicii de vârf.

1.1. Scurta istorie a nanotehnologiei

La 29 decembrie 1959, laureatul premiului Nobel, Richard Feynman în cuvântarea intitulată “There is Plenty of Room at the Bottom” în cadrul întrunirii anuale a Societăţii Americane de Fizică, a făcut prima aluzie la nanotehnologie, referindu-se la avantajele încă neexplorate ale miniaturizării. În cuvântarea sa, el a descris o disciplină menită a manipula unităţi de materie din ce in ce mai mici, permiţând aranjarea atomilor după bunul plac al cercetătorilor. Această viziune a fizicianului este considerată de multă lume ca fiind prima discuţie ştiinţifică despre nanotehnologie. Cu toate acestea, abia in 1974 termenul de nanotehnologie a fost adoptat de catre Universitatea Norio Taniguchi din Tokyo. Taniguchi a delimitat ingineria la scala micrometrica – asa numita micro-tehnologie – de o noua inginerie, de aceasta data la nivel sub micrometric, pe care a numit-o nanotehnologie. Pentru încă un deceniu, nanotehnologia a rămas departe de cunostinţa publicului larg. Apoi, în 1986, fizicianul american K. Eric Drexler, a scris “Engines of Creation”, carte considerată de majoritatea ca fiind cursul de bază al nanotehnologiei, creând nanochimia ca ramură a nanotehnologiei, domeniu menit a schimba radical în câteva decenii, toate laturile fundamentale ale vieţii omenirii.În timp ce Drexler îşi scria cartea, cercetătorii de la Universitatea Rice studiau o molecula bizară. Prin evaporarea carbonului şi condensarea acestuia într-un gaz inert, Richard Smalley şi echipa sa au observat cum carbonul a format cristale extrem de stabile formate din cate şase atomi. Au observat cum cristalele impart structura cunoscută sub numele de “minge de fotbal”, folosită în domesticele geodesice ale arhitectului R. Buckminster, şi şi-au numit descoperirea "buckminsterfullerene", denumire scurtată apoi la "fullerene" sau "buckyball".“Buckyball” rămâne ca cea mai importantă descoperire a nanotehnologiei. A dus la câstigarea premiului Prize în Chimie de catre Smalley şi colegii sai, în 1996 şi a consolidat reputaţia nanotehnologiei ca un domeniu de cercetare de vârf.

Nanotehnologia, în ansamblul ei, este un domeniu multidisciplinar. Conceptele generale provin mai ales din biologie. În plus, în laboratoare s-au construit deja “maşini” pentru autoreproducere şi autoactivare, care îşi realizează “produsele” fără zgomot, căldură, gaze arse toxice sau manoperă umană.

Nanotehnologia mai poate fi definită 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 iar din aceste nanostructuri nanoproduse, adică dispozitive şi maşini. Această metodă este cunoscută sub denumirea “de la bază în sus”, spre deosebire de metoda denumită “cu vârful în jos” prin care se porneşte de la suprafaţă (interfaţă) spre interiorul nanofazelor pentru a forma un nanoprodus.

Există o mare varietate de interpretări ale noţiunii de “nanotehnologie”, fiecare specialist adaptând-o la domeniul său şi evidenţiind în primul rând dimensiunea nanometrică a produsului.

Interpretarea creatoare dată de cel mai recunoscut pionier în domeniu, K. Eric Drexler, susţine că esenţial pentru conceptul de ”nanotehnologie” este capacitatea unei nanomaşini (denumită în mod obişnuit “dispozitiv de asamblare) să se autoreproducă.

1.2. Obiective principale

Sintetizarea şi procesarea nanostructurilor are 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.