Denne tidslinje viser præmoderne eksempler på nanoteknologi samt moderne opdagelser og milepæle inden for nanoteknologi.
Premoderne eksempler på nanoteknologi
De tidlige eksempler på nanostrukturerede materialer var baseret på håndværkernes empiriske forståelse og manipulation af materialer. Brug af høj varme var et fælles trin i deres processer til at fremstille disse materialer med nye egenskaber.
Lycurgusbægeret på British Museum, belyst udefra (til venstre) og indefra (til højre)
4. århundrede: Det kolloidale guld og sølv i glasset gør det muligt for det at se uigennemsigtigt grønt ud, når det er belyst udefra, men gennemskinneligt rødt, når lyset skinner indvendigt. (Billeder til venstre.)
Polykromt lustreglas, 9. århundrede, Irak, British Museum (©Trinitat Pradell 2008)
9. til 17. århundrede: Glødende, glitrende “luster”-keramikglasurer, der blev brugt i den islamiske verden og senere i Europa, indeholdt sølv eller kobber eller andre metalliske nanopartikler. (Billede til højre.)
Sydlige rosenvindue i Notre Dame-katedralen, ca. 1250
6.-15. århundrede: De levende glasmosaikvinduer i europæiske katedraler skyldtes deres rige farver til nanopartikler af guldklorid og andre metaloxider og -klorider; guldnanopartikler fungerede også som fotokatalytiske luftrensere. (Billede til venstre.)
13.-18. århundrede: “Damaskus”-sabelklinger indeholdt kulstofnanorør og cementit-nanotråde – en formulering af ultrahøjt kulstofstål, der gav dem styrke, modstandsdygtighed, evnen til at holde en skarp kant og et synligt moiré-mønster i stålet, som har givet klingerne deres navn. (Billeder nedenfor.)
 |
 |
| (Til venstre) En Damaskus-sabel (foto af Tina Fineberg for The New York Times). (Til højre) Transmissionselektronmikroskopisk billede med høj opløsning af kulstofnanorør i en ægte Damaskus-sabel efter opløsning i saltsyre, der viser rester af cementit-nanotråde indkapslet af kulstofnanorør (skala bar, 5 nm) (M. Reibold, P. Paufler, A. A. Levin, W. Kochmann, N. Pätzke & D. C. Meyer, Nature 444, 286, 2006). | |
Eksempler på opdagelser og udviklinger, der muliggør nanoteknologi i den moderne æra
Disse er baseret på en stadig mere sofistikeret videnskabelig forståelse og instrumentering samt eksperimentering.
“Ruby”-guldkolloid (Gold Bulletin 2007 40,4, s. 267)
1857: Michael Faraday opdagede kolloidalt “rubin” guld og viste, at nanostruktureret guld under visse lysforhold giver forskelligt farvede opløsninger.
1936: Erwin Müller, der arbejdede på Siemens Research Laboratory, opfandt feltemissions-mikroskopet, der muliggør billeder af materialer med næsten atomar opløsning.
1947: John Bardeen, William Shockley og Walter Brattain på Bell Labs opdagede halvledertransistoren og udvidede i høj grad den videnskabelige viden om halvledergrænseflader, hvilket lagde grunden til elektroniske apparater og informationsalderen.
1947 transistor, Bell Labs
1950: John Bardeen, William Shockley og Walter Brattain på Bell Labs opdagede halvledertransistoren og udvidede i høj grad den videnskabelige viden om halvledergrænseflader, hvilket lagde grunden til elektroniske apparater og informationsalderen: Victor La Mer og Robert Dinegar udviklede teorien og en proces til dyrkning af monodisperse kolloidale materialer. Den kontrollerede evne til at fremstille kolloider muliggør et utal af industrielle anvendelser som f.eks. specialpapir, maling og tynde film og endda dialysebehandlinger.
1951: Erwin Müller var pioner inden for felt-ionmikroskopet, et middel til at afbilde atomernes placering på overfladen af en skarp metalspids; han afbildede først wolframatomer.
1956: Arthur von Hippel ved MIT introducerede mange begreber – og opfandt udtrykket – “molekylær teknik”, som anvendes på dielektriske, ferroelektriske og piezoelektriske stoffer
Jack Kilby, omkring 1960.
1958: Arthur von Hippel introducerede mange begreber – og opfandt udtrykket – “molekylær teknik”, som anvendes på dielektriske, ferroelektriske og piezoelektriske stoffer: Jack Kilby fra Texas Instruments opfandt konceptet for, designede og byggede det første integrerede kredsløb, som han modtog Nobelprisen for i 2000. (Billede til venstre.)
Richard Feynman (Caltech-arkiv)
1959: Richard Feynman fra California Institute of Technology holdt det, der anses for at være det første foredrag om teknologi og teknik på atomskalaen, “There’s Plenty of Room at the Bottom”, på et møde i American Physical Society på Caltech. (Billede til højre.)
Moores første offentlige graf, der viser hans vision om, at halvlederindustrien kan “proppe flere komponenter på integrerede kredsløb”
1965: I Electronics Magazine beskrev Gordon Moore, medstifter af Intel, flere tendenser, som han forudså inden for elektronikken. En tendens, der nu er kendt som “Moores lov”, beskrev, at transistortætheden på en integreret chip (IC) fordobledes hver 12. måned (senere ændret til hvert andet år). Moore så også, at chipstørrelser og omkostninger ville falde i takt med deres voksende funktionalitet – med en forvandlende effekt på den måde, folk lever og arbejder på. At den grundlæggende tendens, som Moore forestillede sig, er fortsat i 50 år, skyldes i høj grad halvlederindustriens stigende afhængighed af nanoteknologi, efterhånden som IC’er og transistorer har nærmet sig atomare dimensioner. 1974: I 1974: Professor Norio Taniguchi fra Tokyo Science University opfandt begrebet nanoteknologi for at beskrive præcisionsbearbejdning af materialer med dimensionstolerancer på atomar skala. (Se grafen til venstre.)
1981: Gerd Binnig og Heinrich Rohrer på IBM’s laboratorium i Zürich opfandt scanning-tunnelmikroskopet, som gjorde det muligt for forskere at “se” (skabe direkte rumlige billeder af) individuelle atomer for første gang. Binnig og Rohrer modtog Nobelprisen for denne opdagelse i 1986.
1981: Den russiske Alexei Ekimov opdagede nanokrystallinske, halvledende kvantepunkter i en glasmatrix og gennemførte banebrydende undersøgelser af deres elektroniske og optiske egenskaber.
1985: Rice University-forskerne Harold Kroto, Sean O’Brien, Robert Curl og Richard Smalley opdagede Buckminsterfulleren (C60), mere almindeligt kendt som buckyball, som er et molekyle, der ligner en fodbold i form og udelukkende består af kulstof, ligesom grafit og diamant. Holdet blev tildelt Nobelprisen i kemi i 1996 for deres rolle i denne opdagelse og for deres rolle i forbindelse med fulleren-klassen af molekyler mere generelt. (Kunstnerisk gengivelse til højre.)
1985: Louis Brus fra Bell Labs opdagede kolloidale halvleder-nanokrystaller (kvantepunkter), som han delte Kavli-prisen i nanoteknologi for i 2008.
1986: Gerd Binnig, Calvin Quate og Christoph Gerber opfandt atomkraftmikroskopet, som har mulighed for at se, måle og manipulere materialer ned til brøkdele af en nanometer i størrelse, herunder måling af forskellige kræfter, der er indbygget i nanomaterialer.
1989: Gerd Binnig, Calvin Quate og Christoph Gerber opfandt atomkraftmikroskopet: Don Eigler og Erhard Schweizer på IBM’s Almaden Research Center manipulerede 35 individuelle xenonatomer for at stave IBM-logoet. Denne demonstration af evnen til at manipulere atomer præcist indvarslede den anvendte anvendelse af nanoteknologi. (Billede til venstre.)
1990’erne: Nanophase Technologies i 1989, Helix Energy Solutions Group i 1990, Zyvex i 1997, Nano-Tex i 1998….
1991: Sumio Iijima fra NEC er krediteret for at have opdaget carbon nanotube (CNT), selv om der også var tidlige observationer af rørformede carbonstrukturer af andre. Iijima delte Kavli-prisen i nanovidenskab i 2008 for dette fremskridt og andre fremskridt inden for området. CNT’er består ligesom buckyballs udelukkende af kulstof, men i en rørform. De udviser ekstraordinære egenskaber, bl.a. med hensyn til styrke og elektrisk og termisk ledningsevne. (Billede nedenfor.)
 |
 |
 |
| Carbon nanotubes (courtesy, National Science Foundation). CNT’ernes egenskaber undersøges med henblik på anvendelser inden for elektronik, fotonik, multifunktionelle tekstiler, biologi (f.eks. som et stillads til dyrkning af knogleceller) og kommunikation. Se en artikel i Discovery Magazine fra 2009 for andre eksempler | SEM-mikroskopisk billede af renset nanorør-“papir”, hvor nanorørene er fibrene (skala bar, 0,001 mm) (venligst udlånt af NASA). | En række justerede kulstofnanorør, der kan fungere som en radioantenne til detektering af lys ved synlige bølgelængder (skala bar 0,001 mm) (venligst udlånt af K. Kempa, Boston College). |
1992: C.T. Kresge og kolleger hos Mobil Oil opdagede de nanostrukturerede katalytiske materialer MCM-41 og MCM-48, som nu anvendes i stor udstrækning til raffinering af råolie samt til lægemiddelafgivelse, vandbehandling og andre varierede anvendelser.
 |
 |
| MCM-41 er et “mesoporøst molekylær si” silica-nanomateriale med en hexagonal eller “honeycomb”-arrangement af dets lige cylindriske porer, som det fremgår af dette TEM-billede (venligst udlånt af Thomas Pauly, Michigan State University). | Dette TEM-billede af MCM-41 ser på de lige cylindriske porer, som de ligger vinkelret på betragtningsaksen (venligst udlånt af Thomas Pauly, Michigan State University). |
1993: Moungi Bawendi fra MIT opfandt en metode til kontrolleret syntese af nanokrystaller (kvantepunkter), hvilket baner vejen for anvendelser, der spænder fra databehandling til biologi til højeffektive solcelleanlæg og belysning. I løbet af de næste mange år bidrog andre forskere som Louis Brus og Chris Murray også med metoder til at syntetisere kvantepunkter.
1998: I 2002: Interagency Working Group on Nanotechnology (IWGN) blev dannet under National Science and Technology Council for at undersøge, hvor langt man er nået inden for videnskab og teknologi på nanoskala, og for at forudsige den mulige fremtidige udvikling. IWGN’s undersøgelse og rapport, Nanotechnology Research Directions: Vision for the Next Decade (1999) definerede visionen for og førte direkte til dannelsen af USA’s nationale nanoteknologiinitiativ i 2000.
1999: I 1999: : Forskerne Wilson Ho og Hyojune Lee fra Cornell University udforskede hemmelighederne ved kemisk binding ved at samle et molekyle af dets bestanddele med et scanning-tunnelmikroskop. (Billede til venstre.)
1999: Chad Mirkin ved Northwestern University opfandt dip-pen nanolithography® (DPN®), hvilket førte til fremstillbar, reproducerbar “skrivning” af elektroniske kredsløb samt til mønsterdannelse af biomaterialer til cellebiologisk forskning, nanokryptering og andre anvendelser. (Billede nederst til højre.)
Anvendelse af DPN til deponering af biomaterialer ©2010 Nanoink
1999-tidlig 2000’erne: Forbrugerprodukter, der gør brug af nanoteknologi, begyndte at dukke op på markedet, herunder lette nanoteknologiske bilkofangere, der er modstandsdygtige over for buler og ridser, golfbolde, der flyver mere lige, tennisketsjere, der er stivere (og derfor preller bolden hurtigere tilbage), baseballbat med bedre bøjning og “spark”,”antibakterielle sokker med nano-sølv, klare solcremer, rynke- og pletbestandigt tøj, terapeutisk kosmetik med dyb indtrængning, ridsefaste glasbelægninger, hurtigere opladning af batterier til batteridrevet elektrisk værktøj og forbedrede skærme til fjernsyn, mobiltelefoner og digitalkameraer.
2000: Præsident Clinton lancerede det nationale nanoteknologiinitiativ (NNI) for at koordinere den føderale F&U-indsats og fremme USA’s konkurrenceevne inden for nanoteknologi. Kongressen finansierede NNI for første gang i FY2001. NSET-underudvalget under NSTC blev udpeget som den gruppe på tværs af agenturerne, der er ansvarlig for at koordinere NNI.
2003: Kongressen vedtog 21st Century Nanotechnology Research and Development Act (P.L. 108-153). Loven gav et lovmæssigt grundlag for NNI, etablerede programmer, tildelte agenturer ansvarsområder, godkendte finansieringsniveauer og fremmede forskning for at løse centrale problemer.
Computersimulering af vækst af guldnanoskel med silica kerne og overlag af guld (med venlig hilsen N. Halas, Genome News Network, 2003)
2003: Kommissionen vedtog meddelelsen “På vej mod en europæisk strategi for nanoteknologi”, KOM(2004) 338, hvori det blev foreslået at institutionalisere den europæiske indsats inden for nanovidenskab og nanoteknologisk F&U inden for rammerne af en integreret og ansvarlig strategi, og som gav anledning til europæiske handlingsplaner og løbende finansiering af nanoteknologisk F&U. (Billede til venstre.)
2004: Det britiske Royal Society og Royal Academy of Engineering offentliggjorde Nanoscience and Nanotechnologies: Opportunities and Uncertainties, hvori der slås til lyd for behovet for at tage fat på potentielle sundhedsmæssige, miljømæssige, sociale, etiske og lovgivningsmæssige spørgsmål i forbindelse med nanoteknologi.
2004: SUNY Albany lancerede det første uddannelsesprogram på universitetsniveau inden for nanoteknologi i USA, College of Nanoscale Science and Engineering.
2005: SUNY Albany lancerede det første uddannelsesprogram på universitetsniveau inden for nanoteknologi i USA, College of Nanoscale Science and Engineering: Erik Winfree og Paul Rothemund fra California Institute of Technology udviklede teorier for DNA-baseret beregning og “algoritmisk selvmontering”, hvor beregninger er indlejret i processen med nanokrystalvækst.
Nanobil med drejende buckyball-hjul (kilde: RSC, 29. marts 2006).
2006: Erik Winfree og Paul Rothemund fra California Institute of Technology udviklede teorier for DNA-baseret beregning og “algoritmisk selvmontering”, hvor beregninger er indlejret i processen med nanokrystalvækst: James Tour og kolleger på Rice University byggede en bil i nanoskala af oligo(phenylenethynylen) med alkynylaksler og fire sfæriske C60 fullerene (buckyball) hjul. Som reaktion på temperaturstigninger bevægede nanobilen sig rundt på en guldoverflade som følge af at buckyball-hjulene drejede sig, ligesom i en konventionel bil. Ved temperaturer over 300 °C bevægede den sig for hurtigt til, at kemikerne kunne holde styr på den! (Billede til venstre.)
2007: Angela Belcher og kolleger på MIT byggede et lithium-ion-batteri med en almindelig type virus, der ikke er skadelig for mennesker, ved hjælp af en billig og miljøvenlig proces. Batterierne har samme energikapacitet og effektydelse som de nyeste genopladelige batterier, der overvejes til at drive plug-in hybridbiler, og de kunne også bruges til at drive personlige elektroniske apparater. (Billedet til højre.)
(Fra venstre mod højre) MIT-professorerne Yet-Ming Chiang, Angela Belcher og Paula Hammond viser en virusbelagt film, der kan fungere som anode i et batteri. (Foto: Donna Coveney, MIT News.)
2008: Den første officielle NNI-strategi for nanoteknologirelateret miljø-, sundheds- og sikkerhedsforskning (EHS) blev offentliggjort på baggrund af en toårig proces med NNI-sponsorerede undersøgelser og offentlige dialoger. Dette strategidokument blev opdateret i 2011 efter en række workshops og offentlig gennemgang.
2009-2010: Nadrian Seeman og kolleger ved New York University skabte adskillige DNA-lignende robotrobotiske montagenheder i nanoskala. Den ene er en proces til at skabe 3D-DNA-strukturer ved hjælp af syntetiske sekvenser af DNA-krystaller, der kan programmeres til at samle sig selv ved hjælp af “klæbende ender” og placering i en bestemt rækkefølge og orientering. Nanoelektronikken kan drage fordel heraf: Den fleksibilitet og tæthed, som 3D-nanokomponenterne giver mulighed for, kan gøre det muligt at samle dele, der er mindre, mere komplekse og tættere placeret med større afstand. En anden af Seemans kreationer (sammen med kolleger på Nanjing University i Kina) er en “DNA-samlingskæde”. For dette arbejde delte Seeman Kavli-prisen i nanovidenskab i 2010.
2010: IBM brugte en siliciumspids, der kun måler nogle få nanometer i spidsen (svarende til de spidser, der anvendes i atomkraftmikroskoper), til at mejse materiale væk fra et substrat for at skabe et komplet 3D-reliefkort af verden i nanoskala på en tusindedel af størrelsen af et saltkorn – på 2 minutter og 23 sekunder. Denne aktivitet demonstrerede en effektiv mønstereringsmetode til at generere mønstre og strukturer i nanoskala på helt ned til 15 nanometer med stærkt reducerede omkostninger og kompleksitet, hvilket åbner nye perspektiver for områder som elektronik, optoelektronik og medicin. (Billede nedenfor.)
Et gengivet billede af en siliciumspids i nanoskala, der mejler det mindste reliefkort over verden ud af et substrat af organisk molekylglas. I den midterste forgrund ses Middelhavet og Europa. (Billedet er venligst udlånt af Advanced Materials.)
2011: NSET-underudvalget opdaterede både NNI’s strategiplan og NNI’s forskningsstrategi for miljø, sundhed og sikkerhed på baggrund af omfattende input fra offentlige workshops og online-dialog med interessenter fra regeringen, den akademiske verden, ngo’er, offentligheden og andre.
2012: NNI lancerede yderligere to nanoteknologiske signaturinitiativer (NSI’er) – nanosensorer og nanoteknologisk vidensinfrastruktur (NKI) – hvilket bringer det samlede antal til fem NSI’er.
2013: NNI lancerede to yderligere nanoteknologiske signaturinitiativer (NSI’er) – nanosensorer og nanoteknologisk vidensinfrastruktur (NKI) – hvilket bringer det samlede antal til fem:
-NNI påbegynder den næste runde af den strategiske planlægning og starter med en workshop for interessenterne.
-Stanford-forskere udvikler den første computer med kulstofnanorør.
2014:
-NNI offentliggør den opdaterede strategiplan for 2014.
-NNI offentliggør statusrapport for 2014 om den koordinerede gennemførelse af NNI’s forskningsstrategi for miljø, sundhed og sikkerhed fra 2011.