nanotechnològija (nano… + technologija), nanoinžinèrija, moderni mokslo ir technikos sritis, tirianti labai mažų (1–100 nanometrų;1 nm = 10–9 m; 80 tūkstančių kartų mažesnius už žmogaus plauko storį) objektų – atomų arba molekulių grupių, jų darinių ir įtaisų susidarymo ypatumus, fizikines ir chemines savybes. Nanotechnologija plėtoja nanoobjektų gamybos ir tyrimo metodus. Remiasi fizikos, chemijos, biologijos, biochemijos ir inžinerijos žiniomis, ypač naudojasi elektronikos, biotechnologijos, medžiagotyros tyrimais. Tiriamos įvairios struktūros – makromolekulės ir jų dariniai, nanokristalai, nanointarpai, nanovielos, nanovamzdeliai, nanodalelės ir kita. Atomų ir įprastų molekulių dydis iki 0,1 nm, nanodalelių matmenys 1–10 nm, t. y. susideda iš 103–106 atomų. Kai kurie nanoobjektai egzistuoja gamtoje, pvz., nanodalelės koloidiniuose tirpaluose (koloidinė sistema); gyvuosiuose organizmuose jos dalyvauja nanodimensinės būsenos pernašoje. Juos gaminant naudojami įvairūs cheminiai (grindžiami cheminėmis reakcijomis) arba fizikiniai būdai. Fizikiniais būdais nanodariniai sintetinami iš medžiagos garų (vakuume arba dujų terpėje), t. p. sudaromi kristalizuojantis medžiagai persotintajame skystyje arba kietajame tirpale, nusodinami ant padėklų, įterpiami į įvairias polimerines ar dielektrines terpes. Pagal formavimo būdą skiriamos šios technologijos: sąrankos, arba savaiminio formavimosi (nanoobjektai sudaromi iš atskirų atomų ar molekulių taikant magnetroninį dulkinimą, terminį ar lazerinį garinimą ir kitus garinimo būdus) ir matmenų mažinimo (šalinant nereikalingą medžiagą, pvz., iš plonųjų medžiagų sluoksnių ar kitų didesnių ruošinių naudojant ypač didelės skyros ultravioletinės, elektronpluoštės ir jonpluoštės, nanoįspaudų ir kitus litografijos procesus). Matmenų mažinimo technologijos leidžia kurti nanometrinių matmenų puslaidininkinius elementus ir prietaisus.
Nanodarinių savybės
Nanodarinių savybės priklauso nuo jų dydžio, formos, todėl gali labai skirtis nuo tų pačių medžiagų masyvių bandinių. Cheminės nanodalelių savybės priklauso nuo jų paviršiuje ir tūryje esančių atomų santykio. Nanodariniams ir jų sistemoms būdingos geresnės katalitinės savybės ir stipresnis poveikis biologinėms sistemoms (tai svarbu gaminant vaistus, nustatant ligas), tačiau per didelis jų aktyvumas gali kenkti gyviems organizmams ir kelti pavojų žmogaus sveikatai. Nanoobjektų fizikines savybes lemia kvantiniai efektai – sumažėjus bent vienam iš 3 matmenų iki 10–30 mm, t. y. medžiagai būdingo elektrono de Broglie’io bangos ilgio, pakinta medžiagos juostinė elektroninė sandara, todėl keičiasi jos elektrinės, optinės savybės (pvz., fluorescencija, netiesinės optinės savybės), t. p. magnetinės savybės. Kai kurių medžiagų milteliai, susmulkinti iki nanometrinio dydžio grūdelių, yra plačiai naudojami pramonėje, pvz., gaminant dažus, spalvinius šviesos filtrus, parfumerijos gaminius. Iš titano dioksido nanomiltelių, disperguotų elektrai laidžiame polimere, gaminamos saulės baterijos. Ant specialių padėklų suformuotos nanoobjektų sistemos yra svarbios optoelektronikai (gaminami šviesos diodai, lazeriai, netiesinės optikos elementai).
Taikymas
Nanotechnologijos būdais kuriami nanokompozitai: nanodalelės įterpiamos į matricą (pvz., keraminės nanodalelės polimero matricoje). Tokie dariniai yra kietesni ir skaidresni, geresnių mechaninių savybių (stipresni, kietesnis jų paviršius, standesni). Nanokompozitus derinant su kitais komponentais gaunamos medžiagos, naudojamos audinių pluoštui, implantams ir dilimui atspariems sluoksniams, dengiantiems mažą paviršiaus plotą, gaminti. Nanotechnologijos būdais dažnai gaminamos keraminės medžiagos, nes smarkiau pažeminama sukepinimo temperatūra. Keramikos ir keramikos nanokompozitų dariniai turi specialių savybių ir yra gerokai stipresni negu kompozitai be nanostruktūros. Nanotechnologijoje naudojamais būdais kuriami įvairūs mikrotechnikos prietaisai, pvz., miniatiūriniai dantračiai, loginiai elementai, jutikliai, molekuliniai varikliai ir propeleriai, antenos, sparčiai įkraunami ličio jonų akumuliatoriai. Tiriamos galimybės konstruoti nanoprocesorius, atminties elementus, įvairias funkcijas atliekančias nanomašinas (tarp jų ir nanorobotus). Nanotechnologijos tyrimai skatina elektronikos (nanoelektronikos), kompiuterinės inžinerijos, medicinos diagnostikos, polimerinių medžiagų gamybos plėtrą.
Istorija
Nanotechnologijos pradžia siejama su R. Ph. Feynmano idėjomis. Remdamasis ląstelės pavyzdžiu (ji aktyvi, gali įgauti įvairią formą, saugoti informaciją, kurti naujas medžiagas) jis 1959 iškėlė mintį, kad labai mažų – iki pat atominio lygmens – objektų (molekulių ir jų darinių) savybes galima valdyti keičiant jų matmenis (molekulinė inžinerija). 1981 G. Binnigas ir H. Rohreris išrado žvalgomąjį tunelinį mikroskopą, kuriuo pirmąkart buvo tirta medžiagos paviršiaus atominė sandara. 1986 išrastas atominės jėgos mikroskopas; juo ne tik tiriama, bet ir kuriamos nanostruktūros. Tais pačiais metais Jungtinių Amerikos Valstijų informatikas Kimas Ericas Drexleris parašė pirmąją knygą nanotechnologijos tema Kuriančios mašinos: būsima nanotechnologijos era (Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology). 21 a. pradžioje nanotechnologija ypač plėtojama Japonijoje ir Jungtinėse Amerikos Valstijose; nanotechnologija yra ir viena Europos Sąjungos prioritetinių mokslo sričių. Nanotechnologija, kaip mokslinė disciplina, susiformavo 1980, kai pradėta tirti metalų nanokristalus, pagamintus garų kondensacijos būdu ant tam tikrų padėklų.
Lietuvoje nanotechnologijos moksliniai tyrimai daromi svarbiausiuose mokslo centruose – Vilniaus universitete, Kauno technologijos universitete, Vilniaus Gedimino technikos universitete, Fizinių ir technologijos mokslų centre, Lietuvos energetikos institute; tiriamos nanodarinių savybės, tobulinamos jų gamybos technologijos, ieškoma naujų medžiagų netiesiniams optiniams elementams (svarbūs lazerių ir optinių technologijų plėtotei), t. p. būdų nanodarinių savybėms modeliuoti.
1813