Geschiedenis van nanomaterialen en nanotechnologie

Nanomaterialen waren allang aanwezig in de natuur voordat de wetenschap zich het bestaan ervan kon voorstellen. De geschiedenis van de wetenschap achter nanotechnologie en nanomaterialen is namelijk relatief kort.

Om materie op zo’n kleine schaal te kunnen manipuleren, moet kennis uit vele gebieden, zoals natuurkunde, chemie, biologie en materiaalwetenschap, worden gecombineerd.

 

Natuurlijke nanomaterialen

Onze planeet is een belangrijke bron van natuurlijke nanomaterialen. Vulkanische activiteit, bosbranden, stofstormen en zeenevel zijn natuurlijke processen waarbij nanomaterialen ontstaan. Ook planten, insecten en zelfs mensen bevatten veel nanostructuren. Zo zijn lotusbladeren dankzij hun nanostructuren zelfreinigend en waterafstotend. Onze botten bestaan ook uit nano-gestructureerde mineralen. Zelfs de meest fundamentele bouwsteen in ons leven, ons DNA, is een nanomateriaal.

Nanomaterialen komen ook elders in het universum voor, bijvoorbeeld in kosmisch stof en maanstof, en zijn ook aangetroffen in meteorieten die op aarde zijn gevallen.

 

Nanomaterialen in de oude geschiedenis

Mensen gebruiken al meer dan 4000 jaar nanomaterialen zonder de daaraan ten grondslag liggende wetenschap volledig te begrijpen.

Veel kleimineralen bevatten natuurlijke nanomaterialen en worden al duizenden jaren gebruikt, bijvoorbeeld in de bouw, de geneeskunde en de kunst.

Uit recente wetenschappelijke analysen is bijvoorbeeld gebleken dat haarverf die in het oude Egypte werd gebruikt, nanokristallen op basis van synthetische loodsulfide bevatte.

Verschillende historische artefacten danken hun schoonheid aan nanomaterialen. De Lycurgus-beker, een Romeinse glazen beker uit de 4e eeuw, bevat gouden en zilveren nanodeeltjes die van kleur veranderen afhankelijk van het licht. Glas-in-loodramen die in veel middeleeuwse kerken voorkomen, vertonen ook briljante kleuren dankzij nanomaterialen in het glas.

 

Nanotechnologie: een moderne wetenschap

In 1959 legde natuurkundige Richard Feynman de wetenschappelijke basis voor de nanomateriaalrevolutie. Hij stelde dat het mogelijk zou zijn om materie te manipuleren op het niveau van individuele atomen en gaf de wereld twee uitdagingen.

De eerste was de bouw van een kleine maar functionerende elektromotor van slechts 1/64 kubieke inch, en de tweede de miniaturisering van een pagina tekst op een schaal van 1/25 000, om zo de hele Encyclopaedia Britannica op de kop van een speld te kunnen plaatsen. Het duurde 26 jaar voordat beide uitdagingen werden volbracht, maar het gedachte-experiment gaf de aanzet voor de ontwikkeling van een nieuw wetenschappelijk gebied.

Sindsdien zijn er verschillende wetenschappelijke doorbraken geweest die hebben geleid tot talloze wetenschappelijke publicaties, de lancering van een groot aantal nieuwe producten en drie Nobelprijzen voor werk op het gebied van nanowetenschappen en nanotechnologie.

  • Nobelprijs voor Scheikunde 1996: ontdekking van fullereen, waarmee werd aangetoond dat koolstof in een nieuwe, voorheen onbekende vorm kan voorkomen en die tot de ontdekking van koolstofnanobuizen leidde;
  • Nobelprijs voor Natuurkunde 2010: studies over grafeen, een materiaal dat slechts één atoomlaag dik is en bijvoorbeeld kan worden gebruikt voor flexibele elektronica, energiegerelateerde en biomedische toepassingen; en
  • Nobelprijs voor Scheikunde 2016: ontwikkeling van moleculaire machines die verdere miniaturisering en de ontwikkeling van nieuwe materialen mogelijk kunnen maken.

De ontwikkeling van nieuwe wetenschappen of technologie brengt zowel beloften als risico’s voor de samenleving met zich mee. Het is aan de samenleving, met inbegrip van burgers, wetenschappers, overheden en bedrijven, om overeenstemming te bereiken over de beste manier om dergelijke technologieën te ontwikkelen en tegelijkertijd de risico’s voor ons en voor het milieu tot een minimum te beperken.