Nanomaterjalide ja nanotehnoloogia ajalugu
Nanomaterjalid on olnud looduses olemas ammu enne seda, kui teadlased neid üldse ette kujutasid. Nanotehnoloogia ja nanomaterjale uuriva teaduse ajalugu on samas üsna lühike.
Nii väikeste aineosakeste uurimiseks on tulnud kombineerida mitme valdkonna, näiteks füüsika, keemia, bioloogia ja materjaliteaduse teadmisi.
Looduslikud nanomaterjalid
Meie planeet on oluline looduslike nanomaterjalide allikas. Vulkaanid, maastikupõlengud, liivatormid ja mereveepritsmed on looduslikud protsessid, mis tekitavad nanomaterjale. Taimedes, putukates ja isegi inimestes endis on palju nanostruktuure. Näiteks lootoselehed on tänu nanostruktuuridele isepuhastuvad ja vetthülgavad. Ka meie luud koosnevad nanostruktuuriga mineraalidest. Isegi meie elu kõige tähtsam materjal DNA on nanomaterjal.
Nanomaterjale leidub ka mujal maailmaruumis, näiteks kosmose- ja kuutolmus, ning neid on leitud ka Maale langenud meteoriitidest.
Nanomaterjalid kaugemas ajaloos
Inimesed on nanomaterjale kasutanud üle 4000 aasta, ilma täielikult mõistmata nende teaduslikku olemust.
Paljud savimineraalid sisaldavad looduslikke nanomaterjale ja neid on kasutatud aastatuhandeid näiteks ehituses, meditsiinis ja kunstis.
Hiljuti on teadusanalüüsidel selgunud, et Vana-Egiptuses kasutatud pliipõhine juuksevärv sisaldas sünteesitud pliisulfiidi nanokristalle.
Paljude ajalooliste esemete ilu tuleneb nanomaterjalidest. 4. sajandil Vana-Roomas valmistatud Lycurgose klaaskarikas sisaldab kulla ja hõbeda nanoosakesi, mille värvus oleneb valgusest. Ka paljude keskaegsete kirikute vitraažide värvid on erksad tänu klaasis sisalduvatele nanomaterjalidele.
Nanotehnoloogia: nüüdisaegne teadus
1959. aastal pani füüsik Richard Feynman teadusliku aluse nanomaterjalide revolutsioonile. Ta pakkus, et ainet saab mõjutada üksikaatomite tasandil, ja esitas maailmale kaks väljakutset.
Esimene oli ehitada väike, kuid töötav elektrimootor, mis mahuks 1/64-tollise küljepikkusega kuubi sisse. Teine oli vähendada raamatulehekülge 25 000 korda, millega mahuks kogu „Encyclopædia Britannica“ nööpnõelapea peale. Mõlema ülesande lahendamiseks kulus 26 aastat, kuid see mõtteline katse inspireeris uue teadusvaldkonna arengut.
Sellest ajast alates on toimunud mitu teaduslikku läbimurret, mille tulemusena on avaldatud lugematu arv teadusartikleid, viidud turule arvukalt tooteid ning tegevuse eest nanoteaduse ja nanotehnoloogia valdkonnas on antud kolm Nobeli auhinda:
- 1996. aasta Nobeli keemiaauhind fullereenide avastamise eest – see avastus näitas, et süsinik võib esineda senitundmatus vormis, ja tänu sellele avastati süsiniknanotorud;
- 2010. aasta Nobeli füüsikaauhind grafeeni uurimise eest – see materjal on ainult ühe aatomikihi paksune ja seda saab kasutada näiteks paindelektroonikas, energeetikas ja biomeditsiinis;
- 2016. aasta Nobeli keemiaauhind molekulaarmasinate väljatöötamise eest – need toetavad edasist miniaturiseerimist ja uute materjalide väljatöötamist.
Iga uue teadusharu või tehnikavaldkonna arenguga kaasneb ühiskonnale korraga lootusi ja riske. Ühiskond (sealhulgas kodanikud, teadlased, valitsus ja ettevõtted) peab jõudma üksmeelele, kuidas on selliseid tehnoloogiaid kõige parem arendada ja minimeerida nende riske inimesele ja keskkonnale.