European Observatory for Nanomaterials

Nanomateriaaleja on ollut luonnossa jo kauan ennen kuin tutkijat osasivat edes kuvitella niitä. Nanoteknologian ja nanomateriaalien taustalla olevan tieteen historia on kuitenkin melko lyhyt.

Jotta ainetta on opittu käsittelemään niin pienessä mittakaavassa, on täytynyt yhdistää tietoutta monelta alalta, kuten fysiikasta, kemiasta, biologiasta ja materiaalitieteestä.

Luonnolliset nanomateriaalit

Planeettamme on merkittävä luonnollisten nanomateriaalien lähde. Tulivuorten toiminta, maastopalot, hiekkamyrskyt ja aerosolien nouseminen ilmaan meren pärskeistä ovat luonnollisia prosesseja, joissa muodostuu nanomateriaaleja. Myös kasveissa, hyönteisissä ja jopa ihmisissä on monia nanorakenteita. Esimerkiksi lootuskukan lehdet ovat itsepuhdistuvia ja vettä hylkiviä juuri nanorakenteidensa ansiosta. Myös luumme koostuvat nanorakenteisista mineraaleista. Jopa elämämme perustavanlaatuisin rakennusosa, DNA:mme, on nanomateriaalia.

Nanomateriaaleja on myös muualla maailmankaikkeudessa, esimerkiksi kosmisessa pölyssä ja kuupölyssä. Sitä on löydetty myös maahan pudonneista meteoriiteista.

Nanomateriaalit muinaishistoriassa

Ihmiset ovat käyttäneet nanomateriaaleja yli 4 000 vuotta ymmärtämättä täysin niiden tieteellistä taustaa.

Monissa saven mineraaleissa on luonnollisia nanomateriaaleja, ja niitä on käytetty tuhansien vuosien ajan esimerkiksi rakentamisessa, lääketieteessä ja taiteessa.

Äskettäin tehty tieteellinen analyysi on myös osoittanut, että muinaisessa Egyptissä käytetty lyijypohjainen hiusväri sisälsi synteettisesti valmistettuja lyijysulfidin nanokiteitä.

Useiden historiallisten esineiden kauneus johtuu nanomateriaaleista. Lycurguksen malja, neljänneltä vuosisadalta peräisin oleva roomalainen lasimalja, sisältää kullan ja hopean nanohiukkasia, jotka vaihtavat väriään valaistuksen mukaan. Myös monissa keskiaikaisissa kirkoissa olevat värilasi-ikkunat loistavat upeissa väreissä lasin sisällä olevien nanomateriaalien ansiosta.

Nanoteknologia: nykyaikainen tieteenala

Vuonna 1959 fyysikko Richard Feynman loi tieteellisen perustan nanomateriaalivallankumoukselle. Hän ehdotti, että ainetta olisi mahdollista käsitellä yksittäisten atomien tasolla, ja esitti maailmalle kaksi haastetta.

Ensimmäinen niistä oli rakentaa erittäin pieni mutta toimiva sähkömoottori, joka olisi vain 1/64 kuutiotuuman kokoinen. Toinen haaste oli luoda jonkin kirjan sivusta pienoismalli mittakaavassa 1/25 000 eli siten, että koko Encyclopaedia Britannica -tietosanakirja mahtuisi nuppineulan päähän. Kului 26 vuotta, ennen kuin näistä molemmista haasteista suoriuduttiin, mutta tämän ajatuskokeen innostamana kehittyi uusi tieteenala.

Siitä alkaen on tehty useita tieteellisiä läpimurtoja. Niiden tuloksena on julkaistu valtava määrä tieteellisiä julkaisuja, saatettu monia tuotteita markkinoille ja myönnetty kolme Nobelin palkintoa nanotieteen ja nanoteknologian aloilla tehdystä työstä.

• Vuonna 1996 Nobelin kemianpalkinto: fullereenien löytyminen. Se osoitti, että hiili voi esiintyä uudessa, aiemmin tuntemattomassa muodossa, ja mahdollisti hiilinanoputkien löytymisen.
• Vuonna 2010 Nobelin fysiikanpalkinto: grafeenia koskevat tutkimukset. Grafeeni on vain yhden atomikerroksen paksuinen materiaali, jota voidaan käyttää esimerkiksi taipuisassa elektroniikassa sekä energia-alan ja biolääketieteen sovelluksissa.
• Vuonna 2016 Nobelin kemianpalkinto: molekyylikoneiden kehittäminen. Nämä koneet voivat johtaa yhä jatkuvaan koon pienenemiseen ja uusien materiaalien kehittämiseen.

Minkä tahansa uuden tieteenalan tai teknologian kehittäminen tuo mukanaan sekä lupauksia että vaaroja yhteiskunnalle. Yhteiskunnan (myös kansalaisten, tutkijoiden, hallitusten ja liikeyritysten) vastuulla on sopia yhdessä siitä, mikä on paras tapa kehittää tällaisia teknologioita ja samalla minimoida sekä ihmisiin että ympäristöön kohdistuvat vaarat.