Tato časová osa obsahuje předmoderní příklady nanotechnologií, jakož i objevy a milníky moderní éry v oblasti nanotechnologií.
Předmoderní příklady nanotechnologií
Rané příklady nanostrukturovaných materiálů byly založeny na empirickém porozumění a manipulaci s materiály ze strany řemeslníků. Jedním z běžných kroků jejich postupů při výrobě těchto materiálů s novými vlastnostmi bylo použití vysoké teploty.
Lykurgovský pohár v Britském muzeu, osvětlený zvenčí (vlevo) a zevnitř (vpravo)
4. století: Lykurgův pohár (Řím) je příkladem dichroického skla; koloidní zlato a stříbro ve skle umožňují, že při osvětlení zvenčí vypadá neprůhledně zeleně, ale při prosvícení zevnitř je průsvitně červený. (Obrázky vlevo.)
Lustrovaná polychromovaná mísa, 9. století, Irák, Britské muzeum (©Trinitat Pradell 2008)
9.-17. století: Zářivé, třpytivé „lesklé“ keramické glazury používané v islámském světě a později v Evropě obsahovaly stříbro nebo měď či jiné kovové nanočástice. (Obrázek vpravo.)
Jižní růžicové okno katedrály Notre Dame, asi 1250
6.-15. století: Zářivé vitráže v evropských katedrálách vděčily za své syté barvy nanočásticím chloridu zlata a dalších oxidů a chloridů kovů; nanočástice zlata působily také jako fotokatalytické čističe vzduchu. (Obrázek vlevo)
13.-18. století: „Damaškové“ čepele šavlí obsahovaly uhlíkové nanotrubičky a cementitové nanodrátky – složení oceli s ultravysokým obsahem uhlíku, které jim dodávalo pevnost, pružnost, schopnost udržet ostré ostří a viditelný moiré vzor v oceli, který dal čepelím jejich jméno. (Obrázky níže.)
 |
 |
| (Vlevo) Damašská šavle (foto Tina Fineberg pro The New York Times). (Vpravo) Snímek uhlíkových nanotrubiček z transmisní elektronové mikroskopie s vysokým rozlišením v pravé damašské šavli po rozpuštění v kyselině chlorovodíkové, který ukazuje zbytky cementitových nanodrátků zapouzdřených uhlíkovými nanotrubičkami (měřítko 5 nm) (M. Reibold, P. Paufler, A. A. Levin, W. Kochmann, N. Pätzke & D. C. Meyer, Nature 444, 286, 2006). | |
Příklady objevů a vývoje umožňující nanotechnologie v moderní éře
Ty jsou založeny na stále dokonalejším vědeckém poznání a přístrojovém vybavení, jakož i na experimentech.
„Rubínový“ koloid zlata (Gold Bulletin 2007 40,4, s. 267)
1857: Michael Faraday objevil koloidní „rubínové“ zlato a prokázal, že nanostrukturované zlato za určitých světelných podmínek vytváří různobarevné roztoky.
1936:
1947: Erwin Müller, který pracoval ve výzkumné laboratoři Siemens, vynalezl emisní mikroskop, který umožnil zobrazovat materiály s téměř atomárním rozlišením:
1947 tranzistor, Bell Labs
1950: John Bardeen, William Shockley a Walter Brattain v Bell Labs objevili polovodičový tranzistor a výrazně rozšířili vědecké poznatky o polovodičových rozhraních, čímž položili základy elektronických zařízení a informačního věku: Victor La Mer a Robert Dinegar vyvinuli teorii a postup pro pěstování monodisperzních koloidních materiálů. Řízená schopnost vyrábět koloidy umožňuje nesčetné průmyslové využití, například specializované papíry, barvy a tenké vrstvy, dokonce i léčbu dialýzou.
1951:
1956: Erwin Müller je průkopníkem polního iontového mikroskopu, prostředku pro zobrazení uspořádání atomů na povrchu ostrého kovového hrotu; jako první zobrazil atomy wolframu.
1956: Erwin Müller se stal průkopníkem iontového mikroskopu: Arthur von Hippel na MIT zavedl mnoho konceptů – a vytvořil termín – „molekulární inženýrství“ aplikované na dielektrika, feroelektrika a piezoelektrika
Jack Kilby, kolem roku 1960.
1958: Jack Kilby ze společnosti Texas Instruments přišel s konceptem, navrhl a sestrojil první integrovaný obvod, za který v roce 2000 obdržel Nobelovu cenu. (Obrázek vlevo.)
Richard Feynman (archiv Caltechu)
1959: Richard Feynman z Kalifornského technologického institutu přednesl na zasedání Americké fyzikální společnosti na Caltechu přednášku, která je považována za první přednášku o technologii a technice v atomovém měřítku, „There’s Plenty of Room at the Bottom“. (Obrázek vpravo.)
Mooreův první veřejný graf ukazující jeho vizi polovodičového průmyslu, který je schopen „nacpat více součástek na integrované obvody“
1965: Gordon Moore, spoluzakladatel společnosti Intel, popsal v časopise Electronics několik trendů, které předvídal v oblasti elektroniky. Jeden z trendů, dnes známý jako „Moorův zákon“, popisoval zdvojnásobení hustoty tranzistorů na integrovaném čipu (IC) každých 12 měsíců (později změněno na každé 2 roky). Moore také viděl, že s rostoucí funkčností čipů se zmenšují jejich rozměry a náklady – což mělo transformační dopad na způsob života a práce lidí. To, že základní trend, který Moore předpokládal, pokračuje již 50 let, je do značné míry způsobeno rostoucí závislostí polovodičového průmyslu na nanotechnologiích, protože integrované obvody a tranzistory se přiblížily atomovým rozměrům.1974: V roce 1974 profesor Tokijské vědecké univerzity Norio Taniguči zavedl termín nanotechnologie, aby popsal přesné obrábění materiálů s rozměrovými tolerancemi v atomárním měřítku. (Viz graf vlevo.)
1981: Gerd Binnig a Heinrich Rohrer v curyšské laboratoři IBM vynalezli skenovací tunelový mikroskop, který vědcům poprvé umožnil „vidět“ (vytvářet přímé prostorové obrazy) jednotlivých atomů. Binnig a Rohrer za tento objev získali v roce 1986 Nobelovu cenu.
1981:
1985: Rus Alexej Ekimov objevil nanokrystalické polovodivé kvantové tečky ve skleněné matrici a provedl průkopnické studie jejich elektronických a optických vlastností: Vědci z Riceovy univerzity Harold Kroto, Sean O’Brien, Robert Curl a Richard Smalley objevili buckminsterfulleren (C60), známější jako buckyball, což je molekula tvarem připomínající fotbalový míč, která je stejně jako grafit a diamant složena výhradně z uhlíku. Za tento objev a obecněji za objev třídy fullerenových molekul byla tomuto týmu v roce 1996 udělena Nobelova cena za chemii. (Umělecké ztvárnění vpravo.)
1985: Louis Brus z Bell Labs objevil koloidní polovodičové nanokrystaly (kvantové tečky), za což v roce 2008 obdržel Kavliho cenu za nanotechnologie.
1986: 
1989: Gerd Binnig, Calvin Quate a Christoph Gerber vynalezli mikroskop atomárních sil, který umožňuje prohlížet, měřit a manipulovat s materiály o velikosti zlomků nanometru, včetně měření různých sil vlastních nanomateriálům: Don Eigler a Erhard Schweizer ve výzkumném středisku IBM v Almadenu manipulovali s 35 jednotlivými atomy xenonu tak, aby se z nich dalo vypsat logo IBM. Tato demonstrace schopnosti přesně manipulovat s atomy předznamenala aplikované využití nanotechnologií. (Obrázek vlevo.)
90. léta 20. století: Nanophase Technologies v roce 1989, Helix Energy Solutions Group v roce 1990, Zyvex v roce 1997, Nano-Tex v roce 1998….
1991: Sumio Iijima ze společnosti NEC se zasloužil o objev uhlíkové nanotrubice (CNT), ačkoli první pozorování trubicovitých uhlíkových struktur provedli i jiní. Iijima se v roce 2008 podělil o Kavliho cenu za nanovědu za tento pokrok a další pokroky v oboru. CNT se stejně jako buckyballs skládají výhradně z uhlíku, ale mají trubicovitý tvar. Vykazují mimořádné vlastnosti, mimo jiné pokud jde o pevnost, elektrickou a tepelnou vodivost. (Obrázek níže.)
 |
 |
 |
| Uhlíkové nanotrubičky (se svolením, National Science Foundation). Vlastnosti CNT se zkoumají pro aplikace v elektronice, fotonice, multifunkčních tkaninách, biologii (např. jako lešení pro růst kostních buněk) a komunikacích. Další příklady najdete v článku časopisu Discovery z roku 2009 | Mikrofotografie SEM vyčištěného „papíru“ z nanotrubiček, v němž jsou nanotrubičky vlákny (měřítko 0,001 mm) (s laskavým svolením NASA). | Soustava zarovnaných uhlíkových nanotrubiček, která může fungovat jako rádiová anténa pro detekci světla na viditelných vlnových délkách (měřítko 0,001 mm) (laskavost, K. Kempa, Boston College). |
1992: C. T. Kresge a jeho kolegové ze společnosti Mobil Oil objevili nanostrukturní katalytické materiály MCM-41 a MCM-48, které se nyní hojně využívají při rafinaci ropy, ale také pro dodávku léčiv, úpravu vody a další rozmanité aplikace.
 |
 |
| MCM-41 je nanomateriál oxidu křemičitého „mezoporézní molekulární síto“ s hexagonálním nebo „voštinovým“ uspořádáním svých rovných válcových pórů, jak ukazuje tento snímek TEM (s laskavým svolením Thomase Paulyho, Michigan State University). | Tento TEM snímek MCM-41 zobrazuje rovné válcové póry, které leží kolmo k ose pohledu (s laskavým svolením Thomase Paulyho, Michigan State University). |
1993: Moungi Bawendi z MIT vynalezl metodu řízené syntézy nanokrystalů (kvantových teček), čímž otevřel cestu k aplikacím od výpočetní techniky přes biologii až po vysoce účinnou fotovoltaiku a osvětlení. Během několika následujících let přispěly k metodám syntézy kvantových teček i práce dalších výzkumníků, například Louise Bruse a Chrise Murrayho.
1998: V rámci Národní rady pro vědu a technologie byla vytvořena Meziagenturní pracovní skupina pro nanotechnologie (IWGN), která zkoumala současný stav vědy a technologie v nanoměřítku a předpovídala možný budoucí vývoj. Studie a zpráva IWGN, Směry výzkumu nanotechnologií: Vision for the Next Decade (1999) definovala vizi a přímo vedla k vytvoření americké Národní nanotechnologické iniciativy v roce 2000.
1999: Vědci z Cornellovy univerzity Wilson Ho a Hyojune Lee zkoumali tajemství chemické vazby sestavením molekuly ze složek pomocí skenovacího tunelového mikroskopu. (Obrázek vlevo)
1999: Chad Mirkin na Northwestern University vynalezl nanolitografii ponorným perem (DPN®), což vedlo k vyrobitelnému a reprodukovatelnému „zápisu“ elektronických obvodů a také k patternování biomateriálů pro výzkum buněčné biologie, nanošifrování a další aplikace. (Obrázek vpravo dole.)
Použití DPN k nanášení biomateriálů ©2010 Nanoink
1999-začátek roku 2000: Na trhu se začaly objevovat spotřební výrobky využívající nanotechnologie, včetně lehkých automobilových nárazníků s nanotechnologiemi, které jsou odolné proti promáčknutí a poškrábání, golfových míčků, které létají rovněji, tenisových raket, které jsou tužší (míček se proto rychleji odráží), baseballových pálek s lepším ohybem a „kopem,“, nanostříbrné antibakteriální ponožky, průhledné opalovací krémy, oděvy odolné proti pomačkání a skvrnám, hloubkově pronikající léčebná kosmetika, povlaky skla odolné proti poškrábání, rychleji se nabíjející baterie pro bezdrátové elektrické nářadí a vylepšené displeje televizorů, mobilních telefonů a digitálních fotoaparátů.
2000: Prezident Clinton zahájil Národní nanotechnologickou iniciativu (NNI), jejímž cílem je koordinovat federální výzkumné a vývojové úsilí a podporovat konkurenceschopnost USA v oblasti nanotechnologií. Kongres financoval NNI poprvé ve finančním roce 2001. Meziagenturní skupinou odpovědnou za koordinaci NNI byl jmenován podvýbor NSET při NSTC.
2003: Kongres přijal zákon o výzkumu a vývoji nanotechnologií pro 21. století (P.L. 108-153). Tento zákon poskytl zákonný základ pro NNI, stanovil programy, přidělil agentuře odpovědnosti, schválil výši financování a podpořil výzkum zaměřený na řešení klíčových otázek.
Počítačová simulace růstu zlaté nanoobálky s křemíkovým jádrem a nadložní vrstvou zlata (s laskavým svolením N. Halase, Genome News Network, 2003)
2003: Naomi Halasová, Jennifer Westová, Rebekah Drezeková a Renata Pasqualinová na Riceově univerzitě vyvinuly zlaté nanoobaly, které po „vyladění“ velikosti tak, aby absorbovaly blízké infračervené světlo, slouží jako platforma pro integrované odhalování, diagnostiku a léčbu rakoviny prsu bez invazivní biopsie, chirurgického zákroku nebo systémově destruktivní radiace či chemoterapie.2004: Evropská komise přijala sdělení „Na cestě k evropské strategii pro nanotechnologie“, KOM(2004) 338, které navrhlo institucionalizovat evropské úsilí v oblasti nanovědy a nanotechnologického výzkumu a vývoje v rámci integrované a odpovědné strategie a které podnítilo evropské akční plány a průběžné financování nanotechnologického výzkumu a vývoje. (Obrázek vlevo.)
2004: Britská Královská společnost a Královská akademie inženýrství vydaly publikaci Nanověda a nanotechnologie:
2004: Příležitosti a nejistoty, v nichž obhajují potřebu řešit potenciální zdravotní, environmentální, sociální, etické a regulační otázky spojené s nanotechnologiemi:
2005: SUNY Albany zahájila první vysokoškolský vzdělávací program v oblasti nanotechnologií ve Spojených státech, College of Nanoscale Science and Engineering: Erik Winfree a Paul Rothemund z Kalifornského technologického institutu vyvinuli teorie pro výpočty založené na DNA a „algoritmické samosestavování“, při němž jsou výpočty začleněny do procesu růstu nanokrystalů.
Nanomobil s otáčejícími se koly buckyball (kredit: RSC, 29. března 2006).
2006: James Tour a jeho kolegové z Rice University sestrojili nanoautíčko z oligo(fenylen ethynylenu) s alkynylovými nápravami a čtyřmi sférickými koly z fullerenu C60 (buckyball). V reakci na zvýšení teploty se nanoauto pohybovalo po zlatém povrchu v důsledku otáčení kol buckyballů jako v běžném autě. Při teplotách nad 300 °C se pohybovalo příliš rychle na to, aby ho chemici dokázali sledovat! (Obrázek vlevo.)
2007: Angela Belcherová a její kolegové z MIT sestrojili lithium-iontovou baterii s běžným typem viru, který není škodlivý pro člověka, pomocí levného a ekologicky nezávadného procesu. Baterie mají stejnou energetickou kapacitu a výkon jako nejmodernější dobíjecí baterie, o nichž se uvažuje pro napájení hybridních automobilů ze zásuvky, a mohly by se používat i pro napájení osobních elektronických zařízení. (Obrázek vpravo.)
(Zleva doprava) Profesorky MIT Yet-Ming Chiang, Angela Belcher a Paula Hammond ukazují film nabitý viry, který může sloužit jako anoda baterie. (Foto: Donna Coveney, MIT News.)
2008: Na základě dvouletého procesu šetření sponzorovaných NNI a veřejných dialogů byla zveřejněna první oficiální strategie NNI pro výzkum v oblasti životního prostředí, zdraví a bezpečnosti (EHS) související s nanotechnologiemi. Tento strategický dokument byl v roce 2011 aktualizován na základě řady seminářů a veřejného přezkumu.
2009-2010: Nadrian Seeman a jeho kolegové z Newyorské univerzity vytvořili několik robotických montážních zařízení v nanorozměrech podobných DNA. Jedním z nich je postup pro vytváření 3D struktur DNA pomocí syntetických sekvencí krystalů DNA, které lze naprogramovat tak, aby se samy sestavovaly pomocí „lepivých konců“ a umisťovaly se v nastaveném pořadí a orientaci. Nanoelektronika by z toho mohla těžit: flexibilita a hustota, kterou 3D komponenty v nanorozměrech umožňují, by mohla umožnit sestavení součástí, které jsou menší, složitější a blíže u sebe. Dalším Seemanovým výtvorem (s kolegy z čínské univerzity v Nanjingu) je „montážní linka DNA“. Za tuto práci se Seeman v roce 2010 podělil o Kavliho cenu za nanovědu.
2010: IBM použila křemíkový hrot o velikosti pouhých několika nanometrů ve špičce (podobný hrotům používaným v mikroskopech atomárních sil) k sekání materiálu z podkladu, aby vytvořila kompletní 3D reliéfní mapu světa v nanoměřítku o velikosti jedné tisíciny zrnka soli – za 2 minuty a 23 sekund. Tato aktivita ukázala výkonnou metodiku vzorování pro generování vzorů a struktur v nanorozměrech o velikosti pouhých 15 nanometrů při výrazně snížených nákladech a složitosti, což otevírá nové perspektivy pro obory, jako je elektronika, optoelektronika a medicína. (Obrázek níže.)
Renderovaný obrázek křemíkového hrotu v nanorozměrech, který vyřezává nejmenší reliéfní mapu světa ze substrátu z organického molekulárního skla. V popředí uprostřed je zobrazeno Středozemní moře a Evropa. (Obrázek se svolením Advanced Materials.)
2011: Podvýbor NSET aktualizoval strategický plán NNI i strategii výzkumu v oblasti životního prostředí, zdraví a bezpečnosti NNI na základě rozsáhlých podnětů z veřejných seminářů a online dialogu se zúčastněnými stranami z vládních a akademických kruhů, nevládních organizací a veřejnosti a dalšími subjekty.
2012:
2013: NNI zahájil další dvě nanotechnologické iniciativy (NSI) – nanosenzory a nanotechnologickou znalostní infrastrukturu (NKI) – čímž se celkový počet NSI zvýšil na pět:
-NNI zahajuje další kolo strategického plánování, které začíná seminářem pro zúčastněné strany.
-Výzkumníci ze Stanfordu vyvíjejí první počítač z uhlíkových nanotrubic.
2014:
-NNI vydává aktualizovaný strategický plán na rok 2014.
-NNI vydává zprávu o pokroku v koordinovaném provádění výzkumné strategie NNI v oblasti životního prostředí, zdraví a bezpečnosti z roku 2011 za rok 2014.