Nanoteknologiassa

Nanoteknologia on tutkimus- ja sovellusala, joka keskittyy materiaaleihin, rakenteisiin ja laitteisiin, joiden mitat ovat noin 1–100 nanometriä. Nanokokoisessa tilassa ominaisuudet voivat poiketa merkittävästi suuremmilla mittasuhteilla johtuen suuremmasta pinta-alasta, kvantti-ilmiöistä sekä uusista vuorovaikutuksista.

Keskeisiä lähestymistapoja ovat bottom-up- ja top-down-lähestymistavat. Bottom-up -menetelmät rakentavat atomeita ja molekyylejä itseorganisoitumalla, esimerkiksi kemiallisen syntetisoinnin tai biomolekyylien avulla. Top-down -menetelmät puolestaan muokkaavat suuria rakenteita nanokokoisiksi esimerkiksi litografian, nanofabrikoinnin tai tarkkaan leikkuun menetelmien avulla.

Työkalut ja -menetelmät: TEM, SEM sekä AFM ja STM mahdollistavat nanorakenteiden kuvan, mittauksen ja manipuloinnin. Nanomateriaaleja suunnitellaan ja karakteroidaan monitieteisesti, yhdistäen fysiikkaa, kemiaa, biologiaa ja materiaalitiedettä.

Sovelluksia ovat esimerkiksi elektroniikka ja fotoniikka, lääketiede (kohdennettu lääke toimitus, kuvantaminen), energia (katalyytit, parannetut akut, nanokomposiitit) sekä ympäristöteknologiat (puhdistus ja vedenkäsittely).

Historia ja riskit: Nanoteknologian keskustelu sai alkunsa ajattelusta Feynmanin puheessa vuonna 1959; merkittäviä edistysaskeleita olivat STM:n kehitys 1980-luvulla sekä nanorakenteiden ja nanotubusten käyttöönotto 1990-luvulla. Haasteita ovat turvallisuus, toksikologia ja ympäristövaikutukset sekä tuotannon skaalaus ja standardointi. Kansainvälisesti panokset ohjataan sääntelyyn ja eettisiin kysymyksiin sekä kestävään kehitykseen.