Historie nanomateriálů a nanotechnologií

Nanomateriály existovaly v přírodě dávno předtím, než si je vědci vůbec dokázali představit. Historie vědy nanotechnologií a nanomateriálů je však poměrně krátká.

Aby bylo možné manipulovat s hmotou v tak malém měřítku, bylo nutné spojit znalosti z mnoha oborů, jako je fyzika, chemie, biologie a nauka o materiálech.

 

Přírodní nanomateriály

Naše planeta je důležitým zdrojem přírodních nanomateriálů. Sopky, lesní požáry, prachové bouře a mořská vodní tříšť jsou přírodní procesy, jimiž vznikají nanomateriály. Rostliny, hmyz, a dokonce i lidé obsahují mnoho nanostruktur. Například listy lotosových květů jsou díky své nanostruktuře samočisticí a odpuzují vodu. Naše kosti se rovněž skládají z nanostrukturních minerálů. Dokonce i nejzákladnější stavební prvek našeho života – DNA – je nanomateriál.

Nanomateriály se vyskytují i jinde ve vesmíru, například ve vesmírném a měsíčním prachu, a byly nalezeny i v meteoritech, které dopadly na Zemi.

 

Nanomateriály v dávné historii

Lidé používají nanomateriály již více než 4 000 let, aniž by plně rozuměli jejich vědecké podstatě.

Mnohé jílové minerály obsahují přírodní nanomateriály a používají se již tisíce let například ve stavebnictví, lékařství a umění.

Nedávná vědecká analýza také prokázala, že barva na vlasy na bázi olova používaná ve starém Egyptě obsahovala syntetické nanokrystaly sulfidu olovnatého.

Několik historických artefaktů vděčí za svou krásu nanomateriálům. Lykurgův pohár, římský skleněný pohár ze 4. století, obsahuje nanočástice zlata a stříbra, které mění barvu v závislosti na osvětlení. Také vitráže v mnoha středověkých kostelech mají zářivé barvy díky nanomateriálům uvnitř skla.

 

Nanotechnologie: moderní věda

V roce 1959 položil fyzik Richard Feynman vědecké základy nanomateriálové revoluce. Navrhl, že by bylo možné manipulovat s hmotou na úrovni jednotlivých atomů, a vytyčil světu dvě výzvy.

První výzvou bylo sestrojit malý, ale funkční elektromotor o velikosti pouhých 1/64 krychlových palců, a druhou bylo zmenšit stránku knihy v měřítku 1/25 000, což by stačilo k tomu, aby se celá Encyclopaedia Britannica vešla na špendlíkovou hlavičku. Trvalo 26 let, než byly oba úkoly splněny, ale tento myšlenkový experiment inspiroval rozvoj nového vědního oboru.

Od té doby došlo k několika vědeckým objevům, které vedly k publikování nesčetných vědeckých prací, uvedení mnoha výrobků na trh a udělení tří Nobelových cen za práci v oblasti nanověd a nanotechnologií.

  • Nobelova cena za chemii v roce 1996 – objev fullerenů, který ukázal, že uhlík může existovat v nové, dosud neznámé formě, což poté umožnilo objev uhlíkových nanotrubic,
  • Nobelova cena za fyziku v roce 2010 – studie o grafenu, materiálu o tloušťce pouhé jedné atomové vrstvy, který lze využít například pro flexibilní elektroniku, energetické a biomedicínské aplikace,
  • Nobelova cena za chemii v roce 2016 – vývoj molekulárních strojů, které mohou vést k větší miniaturizaci a vývoji nových materiálů.

Vývoj každé nové vědy nebo technologie je pro společnost příslibem i rizikem. Je na společnosti, včetně občanů, vědců, vlád a podniků, aby se dohodla na nejlepším způsobu vývoje těchto technologií a zároveň minimalizovala rizika pro nás i životní prostředí.