Selles blogipostituses uurime nanotehnoloogia kontseptsiooni, selle loomise viisi, erinevaid rakendusi ning tulevikupotentsiaali ja piiranguid.
Mis on nanotehnoloogia?
„Nano” on eesliide, mis tähendab ühte miljardikku ja on tuletatud vanakreeka sõnast „nanos”, mis tähendab „kääbust”. Üks nanomeeter (1 nm) on üks miljardik meetrist (10⁻⁹ m) – äärmiselt väike suurus, mis võrdub umbes sajatuhandikuga inimese juuksekarva paksusest ja on võrreldav mõne aatomi suurusega. Tehnoloogiat, mis manipuleerib ainega aatomi- ja molekulaartasandil selles üliväikeses valdkonnas, nimetatakse nanotehnoloogiaks.
Nanoskaalas materjalidega töötamine mitte ainult ei võimalda toota suurema täpsusega tooteid, vaid võimaldab ka realiseerida mitmesuguseid funktsioone, mida oli olemasolevate tehnoloogiatega keeruline saavutada. Sel põhjusel koondub nanotehnoloogia selliste valdkondadega nagu bioteadused (BT), infotehnoloogia (IT) ja keskkonnatehnoloogia (ET) ning on kujunemas mitmete kõrgtehnoloogiliste tööstusharude, sealhulgas pooljuhtide, biotehnoloogia, energeetika ja tervishoiu põhitehnoloogiaks.
Kuidas nanomaterjale valmistatakse?
Nanotehnoloogias on nanoskaala materjalide loomiseks kaks peamist meetodit: ülalt-alla lähenemine ja alt-üles lähenemine.
Ülalt-alla lähenemine hõlmab nanoskaala struktuuride loomist, eemaldades suurematest materjalidest mittevajalikke osi. Tüüpiline näide on fotolitograafia. Selle meetodi puhul kantakse sihtmaterjali pinnale valgustundlik polümeer, mis seejärel valgustatakse; ilmutit kasutatakse ainult valgustatud alade eemaldamiseks, moodustades seeläbi mikroskoopilisi vooluringe.
Alt-üles lähenemisviis hõlmab nanomaterjalide kokkupanekut aatomite või molekulide ükshaaval paigutamise teel. Kõige laialdasemalt kasutatavad meetodid on füüsikaline aurustamine ja keemiline aurustamine. Mõlemad meetodid hõlmavad materjali etteandmist aatomi- või molekulaartasandil, et moodustada kihte õhukeste kilede kujul. Kui etteantakse puhtaid, mittereaktiivseid aatomeid, nimetatakse seda füüsikaliseks aurustamiseks; kui etteantakse reaktiivseid aineid ja teatud aatomid või molekulid akumuleeruvad keemiliste reaktsioonide kaudu, nimetatakse seda keemiliseks aurustamiseks.
Kus nanotehnoloogiat kasutatakse?
Nanotehnoloogiat kasutatakse juba mitmesugustes toodetes ja tööstusharudes meie ümber. Tüüpiliste näidete hulka kuuluvad kõvakettad ja välkmälud. Uusimad salvestusseadmed kasutavad suure jõudluse ja integreerimistiheduse saavutamiseks täpseid nanoskaala struktuure.
Nanotehnoloogiat rakendatakse aktiivselt ka meditsiinivaldkonnas. Hea näide on biokiibid, mis analüüsivad haigusi kiiresti vere või sülje abil ning mida praegu kasutatakse erinevates diagnostikaseadmetes ja meditsiinitehnoloogiates.
Lisaks rakendatakse nanotehnoloogiat igapäevaste tarbekaupade, näiteks kosmeetika, hambapasta, seebi ja šampooni puhul. „Nanosool“ on tuntud näitena, mis kasutab teaduslikku põhimõtet, et pindala suureneb osakeste väiksemaks muutudes, isegi sama massi korral. On läbi viidud uuringuid äärmiselt peente osakeste loomiseks, et isegi väikese kogusega oleks võimalik saavutada piisavalt soolane maitse, ning nanotehnoloogia rakendamisel toidule kontrollitakse pidevalt selle ohutust ja mõju inimkehale.
Siiani oleme uurinud „nano” definitsiooni, nanomaterjalide loomise meetodeid ja mitmesuguseid nanotehnoloogia rakenduste näiteid. Edaspidi eeldatakse, et nanotehnoloogiat kasutatakse põhitehnoloogiana veelgi laiemas valikus valdkondades, sealhulgas pooljuhtides, tehisintellektis, biotehnoloogias, järgmise põlvkonna akude, kvanttehnoloogia ja täiustatud materjalide valdkonnas.
Loomulikult pole nanotehnoloogial ainult positiivseid külgi.
Kuna äärmiselt väikeste nanoosakeste mõju inimkehale ja keskkonnale pole veel täielikult selgitatud, viiakse läbi käimasolevaid uuringuid ja ohutushinnanguid. Seetõttu on ülioluline täielikult mõista nanotehnoloogia võimalikke riske ning kehtestada sobivad ohutusstandardid ja juhtimissüsteemid. Kui neid jõupingutusi ühiselt tehakse, areneb nanotehnoloogia põhitehnoloogiaks, mis rikastab tulevasi tööstusharusid ja inimelu.
