Co jsou nanotechnologie, 1. díl.

Uplynulo již 42 let od památné přednášky laureáta Nobelovy ceny fyzika Richarda Feynmana "There is plenty room at the bottom" („Tam dole je spousta místa“), kterou přednesl na výročním zasedání American Physical Society v California Institute of Technology (Caltech), a ve které předpověděl možnost vytváření materiálů a mechanizmů na úrovni atomů a molekul. Feynman tehdy naznačil, že to bude možné, až bude k dispozici experimentální technika, která umožní manipulovat s "nano" strukturami a měřit jejich vlastnosti.

Pohled do historie nanotechnologií

V osmdesátých letech byly takové přístroje vynalezeny. Tyto přístroje, jako např. rastrovací tunelový mikroskop (STM), mikroskop využívající atomových sil (AFM), optický rastrovací sondový mikroskop blízkého pole (NSOM) apod., umožňují zkoumání nanostruktur.

Souběžně probíhající expanze kapacity počítačů pak dovoluje sofistikované simulace materiálových vlastností v nanorozměrech (1-100 nm ->0,000001-0,0001 mm). V současné době výzkum směřuje k aplikacím, které významně zlepší stávající technologie. Výzkumy v oblasti ultra jemné mechaniky probíhají s cílem dosáhnout téměř dokonalého opracování součástí, magnetických hlav a optických prvků. Výroba prášků a krystalů v nanorozměrech může zabezpečit nová mazadla, oděruvzdorné povlaky strojních součástek a katalyzátory chemických reakcí. Vědci objevují možnosti samoorganizace základních kamenů hmoty (self-assembly) s cílem vytváření struktur chemickou syntézou, podle vzoru biologických procesů samouspořádávání.

Lékařství bude profitovat z nanotechnologií

Rovněž lékařství může v blízké budoucnosti profitovat z nanotechnologií. Nanosenzory implantované do lidského těla mohou např. indikovat, kdy diabetik potřebuje svoji dávku inzulínu, nebo senzory zabudované do náramkových hodinek mohou detekovat nebezpečné množství škodlivých plynů v ovzduší a mohou tak upozornit na možný astmatický záchvat.

Přesto lze současnou úroveň poznatků, postupů a technologií v oblasti nanotechnologií přirovnat k situaci v elektronice, výpočetní technice a telekomunikacích koncem čtyřicátých a na začátku padesátých let minulého století, krátce po vynálezu tranzistoru. Teprve začínáme rozumět podstatě zákonitostí, kterými se řídí fyzikální, chemické, biologické a jiné procesy v nanorozměrech. Vlastnosti hmoty v "nano" měřítku nejsou totiž vždy předvídatelné na základě zkoumání ve větších rozměrech. Významné změny chování materiálů jsou způsobeny nejen plynulou modifikací jejich charakteristických vlastností se zmenšujícími se rozměry, ale působením jevů jako jsou např. kvantové jevy, převažující vliv povrchových jevů atd.

Budoucnost nano technologií spočívá v pochopení jejich podstaty

Jakmile bude možné řídit rozměry a tvar nanostruktur, bude rovněž možné zlepšit materiálové vlastnosti a účinnost zařízení za hranice ležící mimo naše představy. Nanostrukturami, které v současné době známe, jsou např. uhlíkové nanotrubice, proteiny, DNA, jednoelektronové tranzistory, ale i prášky a vrstvy o rozměrech nanometrů. Racionální vytváření a integrace materiálů a zařízení v nanorozměrech ohlašuje novou vědeckou a technickou revoluci, za podmínky, že objevíme a plně využijeme nám dosud neznámé principy a zákonitosti.

V posledních deseti létech je vyvíjeno enormní úsilí v oblasti základního výzkumu, zejména v oblasti nanoelektroniky, ale i v ostatních oblastech. Některé objevy ve fyzice, např. objev obří magnetické rezistence ve vrstvách rozměru nanometrů (1988), vedl již za 8 let k praktickému využití jevu při konstrukci harddisků nové generace. Nanotechnologie je oblast výzkumu, která zahrnuje velké množství vědních disciplín, jako jsou fyzika, chemie, biologie, elektronika, inženýrství atd. Z toho vyplývá, že tato oblast vyžaduje interdisciplinární přístup k řešení problémů. Před deseti - patnácti léty se vědci všech vědních disciplín začali postupně s narůstající intenzitou zaměřovat na nanotechnologie a nanomateriály.

V nanotechnologiích se skrývá slibný potenciál

Skrytý potenciál problematiky byl rozpoznán a v řadě států byly vyhlášeny výzkumné programy zaměřené na tuto oblast. Pozadu nezůstaly i nadnárodní aktivity, jako například 6. rámcový program výzkumu a vývoje EU, program COST, programy European Scientific Foundation (ESF) atd. Prioritní orientaci na nanotechnologie nalezneme i v tématickém zaměření 6. rámcového programu výzkumu a vývoje EU. Na oblast nanotechnologií a nanomateriálů je rovněž v rozsáhlé míře soustředěna i institucionální podpora výzkumných pracovišť, vznikají sítě zaměřené na různé vědní obory v oboru nanotechnologií, vydává se množství monografií a na oblast nanorozměrů se orientují nově vzniklá periodika i klasické časopisy.

Chcete se dozvědět více o nanotechnologiích? Přečtěte si druhý díl našeho článku a zjistěte, kde všude naleznou nanotechnologie uplatnění nebo v čem jsou jejich hlavní přednosti.