European Observatory for Nanomaterials

Nanomateriały istniały w przyrodzie na długo, zanim naukowcy byli w stanie sobie je wyobrazić. Historia nauki związanej z nanotechnologią i nanomateriałami jest jednak stosunkowo krótka.

Manipulacja materią w tak małej skali wymaga wiedzy z wielu dziedzin: fizyki, chemii, biologii i materiałoznawstwa, które należało połączyć.

Naturalne nanomateriały

Ziemia jest ważnym źródłem naturalnych nanomateriałów. Naturalnymi procesami, w których powstają nanomateriały, są wulkanizm, niekontrolowane pożary i tworzenie mgły wodnej. Wiele nanostruktur występuje ponadto u roślin, owadów, a nawet u ludzi. Na przykład kwiaty lotosu są zdolne do samooczyszczania i są hydrofobowe dzięki zawartości nanostruktur. Nasze kości także składają się z minerałów nanostrukturalnych. Nanomateriałem jest również najbardziej podstawowy element budulcowy naszego życia, czyli DNA.

Nanomateriały są ponadto rozpowszechnione we wszechświecie, na przykład w pyle kosmicznym i księżycowym; wykryto je także w meteorytach, które spadły na Ziemię.

Nanomateriały w historii starożytnej

Ludzie wykorzystywali nanomateriały od ponad 4000 lat, nie rozumiejąc w pełni podstaw naukowych ich istnienia.

Wiele minerałów gliniastych zawiera nanomateriały; wykorzystuje się je od tysięcy lat na przykład w budownictwie, medycynie i sztuce.

Najnowsze badania naukowe pokazują, że farba do włosów z ołowiem stosowana w starożytnym Egipcie zawierała syntetyczne nanokryształy siarczku ołowiu.

Szereg artefaktów historycznych zawdzięcza swoje piękno nanomateriałom. Kielich Likurga, rzymskie naczynie szklane z IV w., zawiera nanocząstki złota i srebra, które zmieniają barwę w zależności od oświetlenia. Witraże w wielu średniowiecznych kościołach mienią się feerią barw dzięki materiałom znajdującym się w szkle.

Nanotechnologia: nowoczesna nauka

W 1959 r. fizyk Richard Feynman opracował naukowe podstawy rewolucji nanomateriałów. Wskazywał, że możliwe byłoby manipulowanie materią na poziomie pojedynczych atomów, i rzucił światu dwa wyzwania.

Pierwszym wyzwaniem było opracowanie mikroskopijnego, ale działającego silnika elektrycznego, wielkości zaledwie 1/64 cala sześciennego, a drugim — zmniejszenie książki do 1/25000 pierwotnej wielkości, co pozwalałoby zmieścić całą „Encyklopedię Britannica” na główce od szpilki. Oba wyzwania zostały zrealizowane w ciągu 26 lat, jednak to doświadczenie myślowe stało się inspiracją dla nowej dziedziny nauki.

Od tej pory dokonano szeregu przełomowych odkryć naukowych, które dały niezliczone publikacje naukowe, liczne produkty wprowadzone do sprzedaży i trzy Nagrody Nobla, przyznane za prace w dziedzinie nanonauki i nanotechnologii.

• Nagroda Nobla w dziedzinie chemii w 1996 r. — odkrycie fulerenów, które pokazało, że węgiel może występować w nowej, dotychczas nieznanej postaci; dzięki temu odkryto nanorurki węglowe;
• Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki w 2010 r. — badania nad grafenem, materiałem o grubości jednej warstwy atomów, który można wykorzystać na przykład w elastycznych układach elektronicznych, energetyce i biomedycynie; oraz
• Nagroda Nobla w dziedzinie chemii w 2016 r. — opracowanie maszyn molekularnych, które może doprowadzić do większej miniaturyzacji i stworzenia nowych materiałów.

Każde nowe odkrycie w nauce i technologii stanowi zarówno nadzieję, jak i zagrożenie dla społeczeństwa. Społeczeństwo — w tym obywatele, naukowcy, rządy i przedsiębiorcy — powinno uzgodnić najlepsze ramy rozwoju tych technologii, by zmniejszyć do minimum ryzyko dla nas i dla środowiska.