نانوتکنولوژی
از آغاز قرن نوزدهم ميلادي، با شتاب گرفتن رشد علم و فناوري و بروز انقلاب صنعتي، جهان پا به عرصه نويني نهاد كه قبل از آن كمتر دغدغه فرهيختگان و مصلحين اجتماعي را برانگيخته بود. اگرچه رشد روزافزون فناوري تاثيرات شگرفي را در زمينه بهبود سطح زندگي مردم به دنبال داشت، ولي در عين حال اثرات منفي و تبعات جبران ناپذيري را نيز در رابطه با محيط زيست انسان‌ها به ويژه در قرن بيستم به همراه آورد. نانو تكنولوژي يا انقلاب صنعتي آينده برخلاف فناوري‌هاي رايج، علاوه بر تضمين رشد و پيشرفت در زمينه هاي صنعتي، محيطي به دور از هرگونه آلودگي و تخريب را نويد مي‌دهد.
مهندسی هدفمند مواد در مقیاس کمتر از 100 نانومتر برای به دست آوردن ویژگی‌ها و عملکردهای وابسته به اندازه را نانوتکنولوژی مینامند.
تاریخچه نانوتکنولوژی
نانوتکنولوژی یکی از پیشرفت های اخیر تحقیقات علمی است اما توسعه‌ی مفاهیم بنیادی آن در یک دوره‌ی طولانی اتفاق افتاده است. قدمت نانوتكنولوژي و كاربرد هاي آن در طبيعت در حقيقت به ابتداي خلقت جهان يا حداقل ابتداي خلقت حيات باز مي‌گردد. از اين منظر، موجودات زنده را مي توان به عنوان نانو اسمبلرهايي در نظر گرفت كه قابليت توليد مشابه خود را از طريق ساخت مولكولهاي DNA و RNA و ژن هاي مختلف دارا مي‌باشند. اما اينكه از چه زماني انسان‌ها به توليد مواد نانوساختاري وكاربرد آنها در زمينه‌هاي مختلف ابراز علاقه نمودند، موضوعي نسبتاً جديد بوده است.
ریچارد فیلیپس فینمن (Richard Phillips Feynman)
فیزیکدان امریکایی به نام ریچارد فینمن (شکل1)، يكي از دست اندركاران ساخت بمب اتمي در سال 42-1941 و برنده جايزه نوبل فيزيك در سال 1965، تحت عنوان “در پایین دست فضای زیادی وجود دارد” در سمينار انجمن فيزيك آمريكا ارائه گرديد.
شکل1 : ریچارد فینمن
در آخرين روزهاي همان سال, فینمن در مورد امكان استفاده از DNA در كامپيوترها و توانايي بالقوه ارگانيزم حيات در ساخت ماشين‌هاي كوچك، سخن به‌ميان راند. او رويايي ديد كه در آن ميلياردها شئ كه وي آنها را ‹‹كارخانه‌هاي كوچك›› مي‌ناميد در حال ساختن نسخه‌هايي از خودشان با رفتاري دقيقاً مشابه بودند. وي براي اثبات نظرش در دست‌يابي به يك چنين پيشرفتي دو جايزه هزار دلاري پيشنهاد كرد. يكي براي ساختن موتور الكتريكي با حجم كمتر از 64 اينچ مكعب و ديگری براي ساختن صفحه‌اي خوانا به‌طوري‌كه 25000 بار از يك صفحه كتاب معمولي كوچك‌تر باشد. در كمال تعجب وی مجبور به نوشتن يك چك هزار دلاري در همان سال براي مخترع موتور مذكور گرديد.
صفحه كتاب با سايز كوچك نيز در سال 1985 اختراع گرديد. بعد از آن انستيتو Foresight جوايز ساليانه‌اي را برقرار نمود و در سال 1996 جايزه بزرگ 250 هزار دلاري را به نام Feynman براي اولين كسي كه بتواند طراحي و ساخت دو وسيله نانويي، يكي بازوي مصنوعي در مقياس نانو و ديگري محاسبه‌گري كه بتواند امكان ساخت كامپيوتر نانويي را اثبات كند، پيشنهاد كرد.
اگرچه بسياري از ايده هاي ارائه شده درسخنراني فاينمن تاكنون تا حد بسيار زيادي به وقوع پيوسته است, ليكن موارد ديگري مانند الگوبرداري از روي موجودات زنده هنوز تا رسيدن به كاربردهاي عملي راه طولاني در پيش داشتند.
نوریو تانیگوچی (Norio Taniguchi)
دانشمند ژاپنی به نام نوریو تانیگوچی (شکل2) از دانشگاه علوم توکیو، نخستین فردی بود که واژه “نانو-تکنولوژی” را در کنفرانس سال 1974 برای شرح فرآیندهای نیمههادی نظیر رسوبدهی فیلم نازک و فرآیندی به نام "Ion Beam Milling" مطرح کرده و ماهیت کنترل در مقیاس یک نانومتر را نشان داد. تعریف او از نانوتکنولوژی اینگونه بود: ”نانوتکنولوژی عمدتاً شامل فرایندهای؛ جداسازی، ادغام و تغییر شکل مواد بوسیله یک اتم یا یک مولکول است.”
شکل2 : نوریو تانیگوچی
با این حال دوباره واژه ی نانوتکنولوژی تا سال 1981 استفاده نگردید، تا اینکه در این سال کیم اریک درکسلر که بی خبر از به کارگیری این واژه توسط تانیگوچی بود، نخستین مقاله خود با موضوع نانوتکنولوژی را منتشر کرد.
کیم اریک درکسلر (Kim Eric Drexler)
پروفسور کیم اریک درکسلر (شکل3) مفهوم نانوتکنولوژی را بسط داده و معروف کرد و رشته‌ی نانوتکنولوژی مولکولی را بنیان نهاد. در دهه 1980 معنی نانوتکنولوژی بصورت قطعی (نه تصادفی و اتفاقی) در ارتباط با اتم‌ها و مولکول‌های مجرد بصورت مفهومی و عمیق توسط اریک دکسلر شرح داده شد. وی اهمیت تکنولوژیکی پدیده‌ها و دستگاه‌ها در مقیاس نانو را از طریق سخنرانی ها و دو کتاب تأثیر گذار رواج داد.
شکل3 :کیم اریک درکسلر
درکسلر نخستین مقاله علمی خود با موضوع: “مهندسی مولکولی؛ رهیافتی برای توسعه قابلیت های عمومی جهت دستکاری مولکولی” بود که این مقاله، سال 1981 در ژورنال Proceedings of the National Academy of Sciences به چاپ رساند. واژه نانوتکنولوژی (که همانند واژه نانو-تکنولوژی تانیگوچی است) به‌صورت مستقل، توسط درکسلر در کتاب سال 1986 او با عنوان Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology (موتورهای خلق: عصر ظهور نانوتکنولوژی) مطرح گردید که وی در این کتاب عقیده خود در مورد آراینده در مقیاس نانو (Nanoscale assembler) را مطرح کرد. درکسلر در سال 1986 انستیتو فورسایت را با رسالت “آمادگی برای نانوتکنولوژی” تأسیس کرد.
اختراع میکروسکوپ تونلی روبشی (STM)
گرد بینینگ (Gred Binnig) و هاینریش روهرر(Heinrich Rohrer) جایزه 1986 نوبل را برای اختراع میکروسکوپ تونلی روبشی (STM) (اختراع در سال 1981) از آن خود کردند. میکروسکوپ تونلی روبشی ابزاری برای گرفتن تصاویری در مقیاس اتمی از سطوح است که توسط گرد بینینگ و هاینریش روهرر در آزمایشگاه تحقیقات IBM زوریخ ساخته شده و بواسطه این اختراع دو دانشمند یاد شده در سال 1986 برنده جایزه نوبل فیزیک شدند.
کشف فولرن‌ها
فولرن‌ها در سال 1985 توسط هارولد والتر کروتو (Harold Walter Kroto)، ریچارد ارت اسمالی (Richard Errett Smalley) و روبرت فلوید کرل (Robert Floyd Curl) کشف شدند. این افراد در سال 1996 موفق به کسب جایزه نوبل شیمی شدند. تحقیقات اسمالی در شیمی فیزیک تشکیل خوشه های غیر آلی و نیمه رسانا را در بر گرفت. او برای این کار از پالس پرتوهای مولکولی و روشی تحت عنوان " زمان پرواز طیف سنجی" استفاده کرد.
اختراع میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)
سال 1986 بینینگ و دو همکارش نخستین میکروسکوپ نیروی اتمی را اختراع کردند. اولین میکروسکوپ نیروی اتمی در سال 1989 بصورت تجاری در دسترس قرار گرفت.
کشف نانولوله‌های کربن
نانو لوله های کربنی اولین بار توسط سومیو ایجیما (Sumio Iijima) (شکل4) در سال 1991 و به صورت کاملا اتفاقی کشف شدند. ایجیما در حال مطالعه سطوح الکترودهای کربنی با استفاده از روش تخلیه قوس الکتریکی بود که با نانولوله های کربنی مواجه شد.
شکل 4 : سومیو ایجیما
تجاری‌سازی نانو در قرن 21
اوایل دهه‌ی 2000 میلادی شاهد آغاز کاربردهای نانوتکنولوژی در محصولات تجاری بود، هر چند که اکثر کاربردها محدود به استفاده ی توده‌ای از نانو مواد منفعل بود. این کاربردها عبارتند از: نانو ذرات تیتانیوم و اکسید روی در کرم‌های ضد آفتاب، لوازم آرایشی و بهداشتی و برخی محصولات غذایی؛ نانو ذرات نقره در بسته بندی محصولات غذایی، پوشاک، گندزداها و وسایل خانگی؛ نانو لوله های کربن برای حفظ مقاومت پارچه‌ها و اکسید سریم به‌عنوان کاتالیزور سوختی.