nanoteknologi

Nanoteknologi ialah satu bidang sains gunaan yang menumpukan kepada reka bentuk, sintesis, pencirian, dan penggunaan bahan-bahan dan peranti-peranti pada skala nano. Kejayaan-kejayaan cemerlang dalam nanoteknologi telah menghasilkan alat solek dan losen pelindung cahaya matahari yang lebih baik, serta seluar kalis air.

Nanoteknologi ialah satu subklasifikasi teknologi dalam sains koloid, biologi, fizik, kimia, dan bidang-bidang saintifik yang lain, sebagaimana yang ditakrifkan oleh laman web Inisiatif Nanoteknologi Nasional Amerika Syarikat. Takrifnya ialah "pemahaman dan pengawalan jirim-jirim pada dimensi sebanyak lebih kurang 1 hingga 100 nanometer yang mana fenomena unik membolehkan penggunaan baru".

Nanosains ialah kajian untuk fenomena dan pengolahan bahan-bahan pada skala nano. Pada dasarnya, bidang ini merupakan peluasan sains-sains yang sedia ada ke dalam skala nano. Nanosains ialah dunia atom, molekul, makromolekul, titik kuantum, serta himpunan makromolekul, dan dikuasai oleh kesan-kesan permukaan seperti daya tarikan Van der Waals, ikatan hidrogen, cas elektron, ikatan ion, ikatan kovalen, kehidrofoban, kehidrofilan, dan penerowongan mekanik kuantum. Bagaimanapun, nanosains tidak merangkumi kesan-kesan skala makro seperti gelora dan inersia. Umpamanya, nisbah antara luas permukaan dengan isi padu yang amat dinaikkan membuka kemungkinan-kemungkinan baru untuk sains berasaskan permukaan, seperti pemangkinan. Keaktifan bermangkin ini juga mengakibatkan risiko-risiko berpotensi daripada saling tindak dengan biobahan.

Pencarian peminiaturan yang berlangsung telah menghasilkan alat-alat seperti mikroskop daya atom (AFM) dan mikroskop penerowongan imbasan (STM). Bergabung dengan proses-proses halus seperti litografi alur elektron, peralatan-peralatan ini membenarkan nanostruktur untuk dimanipulasikan dan dihasilkan dengan sengaja. Bahan-bahan nano tereka bentuk, baik melalui pendekatan atas bawah (suatu bahan pukal dikurangkan saiznya kepada pola nanoskala) mahupun pendekatan bawah atas (struktur-struktur yang lebih besar dibina atau ditumbuh secara atom demi atom ataupun molekul demi molekul), melampaui hanya satu lagi langkah dalam proses peminiaturan. Ahli-ahli sains telah merempuh rintangan di bawah mana pengkuantuman tenaga bagi elektron-elektron dalam pepejal menjadi relevan. Apa yang digelarkan "kesan saiz kuantum" memerihalkan fizik untuk sifat-sifat elektron pepejal yang mengalami pengurangan hebat saiz zarahnya. Kesan ini tidak terjadi ketika mengurangkan saiz elektron dari dimensi makro ke dimensi mikro, tetapi menjadi dominan ketika julat saiz nanometer dicapai. Bahan-bahan yang diturunkan ke skala nano boleh tiba-tiba menampilkan sifat-sifat yang amat berbeza berbanding dengan sifat-sifat yang ditampilkan pada skala makro. Umpamanya, bahan-bahan legap menjadi lut sinar (tembaga); bahan-bahan lengai menjadi mangkin (platinum); bahan-bahan stabil menjadi bahan boleh bakar (aluminium); pepejal-pepejal menjadi cecair-cecair pada suhu bilik (emas); penebat-penebat menjadi konduktor-konduktor (silikon).

Aspek skala nano yang kedua terpenting adalah bahawa semakin zarah nano menjadi kecil, semakin besar nisbahnya antara luas permukaan dengan isi padu. Struktur elektroniknya juga berubah secara hebat. Kedua-dua kesan ini menyebabkan keaktifan bermangkin menjadi lebih baik, tetapi juga boleh mengakibatkan kereaktifan kimia yang agresif.

Keterpesonaan terhadap nanoteknologi terdiri daripada fenomena-fenomena kuantum dan permukaan ini yang unik yang ditampilkan oleh jirim pada skala nano, dan memungkinkan penggunaan baru serta bahan-bahan yang menarik.