Această cronologie prezintă exemple premoderne de nanotehnologie, precum și descoperiri și repere din epoca modernă în domeniul nanotehnologiei.
Exemple premoderne de nanotehnologii
Primele exemple de materiale nanostructurate s-au bazat pe înțelegerea și manipularea empirică a materialelor de către artizani. Utilizarea căldurii înalte a fost o etapă comună în procesele lor de producere a acestor materiale cu proprietăți noi.
Cupa Lycurgus de la British Museum, luminată din exterior (stânga) și din interior (dreapta)
Secolul al IV-lea: Cupa Lycurgus (Roma) este un exemplu de sticlă dicroică; aurul coloidal și argintul din sticlă îi permit să arate verde opac atunci când este luminată din exterior, dar roșu translucid atunci când lumina strălucește prin interior. (Imagini în stânga.)
Cuptor din ceramică lustruită policromă, sec. al IX-lea, Irak, British Museum (©Trinitat Pradell 2008)
Secolele IX-XVII: Glazurile ceramice „lucioase”, strălucitoare, utilizate în lumea islamică și, mai târziu, în Europa, conțineau argint sau cupru sau alte nanoparticule metalice. (Imaginea din dreapta.)
Rosița sudică a Catedralei Notre Dame, cca 1250
Secolele VI-XV: Vitraliile vibrante din catedralele europene își datorau culorile bogate nanoparticulelor de clorură de aur și de alți oxizi și cloruri metalice; nanoparticulele de aur acționau, de asemenea, ca purificatori fotocatalitici ai aerului. (Imagine din stânga.)
Secolele XIII-XVIII: Lamele de sabie „Damasc” conțineau nanotuburi de carbon și nanofire de cementită – o formulă de oțel cu conținut foarte ridicat de carbon care le-a conferit rezistență, reziliență, capacitatea de a menține o muchie ascuțită și un model moiré vizibil în oțel care dă numele lamei. (Imaginile de mai jos.)
 |
 |
| (Stânga) O sabie de Damasc (fotografie realizată de Tina Fineberg pentru The New York Times). (Dreapta) Imagine de microscopie electronică cu transmisie de înaltă rezoluție a nanotuburilor de carbon într-o sabie de Damasc autentică după dizolvarea în acid clorhidric, care arată rămășițe de nanofire de cementită încapsulate de nanotuburi de carbon (bară de scară, 5 nm) (M. Reibold, P. Paufler, A. A. Levin, W. Kochmann, N. Pätzke & D. C. Meyer, Nature 444, 286, 2006). | |
Exemple de descoperiri și dezvoltări care permit nanotehnologia în epoca modernă
Acestea se bazează pe o înțelegere științifică și o instrumentare din ce în ce mai sofisticată, precum și pe experimentare.
Coloidul de aur „Ruby” (Gold Bulletin 2007 40,4, p. 267)
1857: Michael Faraday a descoperit aurul coloidal „rubin”, demonstrând că aurul nanostructurat în anumite condiții de iluminare produce soluții de culori diferite.
1936: Erwin Müller, care lucra la laboratorul de cercetare Siemens, a inventat microscopul cu emisie de câmp, permițând obținerea de imagini cu rezoluție aproape atomică ale materialelor.
1947: John Bardeen, William Shockley și Walter Brattain de la Bell Labs au descoperit tranzistorul semiconductor și au extins foarte mult cunoștințele științifice despre interfețele semiconductoare, punând bazele dispozitivelor electronice și ale Epocii Informației.
1947 tranzistor, Bell Labs
1950: Victor La Mer și Robert Dinegar au dezvoltat teoria și un procedeu de creștere a materialelor coloidale monodisperse. Capacitatea controlată de a fabrica coloizi permite o multitudine de utilizări industriale, cum ar fi hârtii specializate, vopsele și filme subțiri, chiar și tratamente de dializă.
1951: Erwin Müller a fost pionierul microscopului cu ioni de câmp, un mijloc de a obține imagini ale aranjamentului atomilor la suprafața unui vârf metalic ascuțit; el a imaginat pentru prima dată atomii de tungsten.
1956: Arthur von Hippel, de la MIT, a introdus multe concepte de – și a inventat termenul – „inginerie moleculară” aplicat la dielectrici, feroelectrici și piezoelectrici
Jack Kilby, în jurul anului 1960.
1958: Jack Kilby de la Texas Instruments a inițiat conceptul, proiectat și construit primul circuit integrat, pentru care a primit Premiul Nobel în 2000. (Imagine din stânga.)
Richard Feynman (Arhivele Caltech)
1959: Richard Feynman, de la Institutul de Tehnologie din California, a ținut ceea ce este considerat a fi prima prelegere despre tehnologie și inginerie la scară atomică, „There’s Plenty of Room at the Bottom”, la o reuniune a Societății Americane de Fizică de la Caltech. (Imaginea din dreapta.)
Primul grafic public al lui Moore care arată viziunea sa despre industria semiconductorilor care putea „înghesui mai multe componente pe circuitele integrate”
1965: Co-fondatorul Intel, Gordon Moore, a descris în revista Electronics mai multe tendințe pe care le prevedea în domeniul electronicii. Una dintre tendințe, cunoscută acum sub numele de „Legea lui Moore”, descria dublarea densității de tranzistori pe un cip integrat (IC) la fiecare 12 luni (modificată ulterior la fiecare 2 ani). Moore a văzut, de asemenea, că dimensiunile și costurile cipurilor se micșorează odată cu creșterea funcționalității acestora – cu un efect transformator asupra modului în care oamenii trăiesc și lucrează. Faptul că tendința de bază preconizată de Moore a continuat timp de 50 de ani se datorează, în mare măsură, dependenței tot mai mari a industriei semiconductoarelor de nanotehnologie, pe măsură ce circuitele integrate și tranzistorii s-au apropiat de dimensiunile atomice.1974: Profesorul Norio Taniguchi, de la Universitatea de Științe din Tokyo, a inventat termenul de nanotehnologie pentru a descrie prelucrarea de precizie a materialelor cu toleranțe dimensionale la scară atomică. (A se vedea graficul din stânga.)
1981: Gerd Binnig și Heinrich Rohrer de la laboratorul IBM din Zurich au inventat microscopul cu efect tunelar de scanare, permițând oamenilor de știință să „vadă” (să creeze imagini spațiale directe ale) atomilor individuali pentru prima dată. Binnig și Rohrer au câștigat Premiul Nobel pentru această descoperire în 1986.
1981: Rusul Alexei Ekimov a descoperit puncte cuantice nanocristaline, semiconductoare, într-o matrice de sticlă și a efectuat studii de pionierat asupra proprietăților lor electronice și optice.
1985: Cercetătorii Harold Kroto, Sean O’Brien, Robert Curl și Richard Smalley de la Universitatea Rice au descoperit Buckminsterfullerenul (C60), mai cunoscut sub numele de buckyball, care este o moleculă cu o formă asemănătoare unei mingi de fotbal și compusă în întregime din carbon, așa cum sunt grafitul și diamantul. Echipa a primit Premiul Nobel pentru Chimie în 1996 pentru rolul jucat în această descoperire și în cea a clasei de molecule fullerene în general. (Reprezentare artistică în dreapta.)
1985: Louis Brus, de la Bell Labs, a descoperit nanocristalele semiconductoare coloidale (puncte cuantice), pentru care a împărțit Premiul Kavli pentru nanotehnologie din 2008.
1986: Gerd Binnig, Calvin Quate și Christoph Gerber au inventat microscopul de forță atomică, care are capacitatea de a vizualiza, măsura și manipula materiale cu dimensiuni de până la fracțiuni de nanometru, inclusiv măsurarea diferitelor forțe intrinseci nanomaterialelor.
1989: Don Eigler și Erhard Schweizer de la IBM’s Almaden Research Center au manipulat 35 de atomi individuali de xenon pentru a scrie sigla IBM. Această demonstrație a capacității de a manipula cu precizie atomii a inaugurat utilizarea aplicată a nanotehnologiei. (Imaginea din stânga.)
Anii ’90: Primele companii de nanotehnologie au început să funcționeze, de exemplu, Nanophase Technologies în 1989, Helix Energy Solutions Group în 1990, Zyvex în 1997, Nano-Tex în 1998….
1991: Sumio Iijima de la NEC este creditat cu descoperirea nanotubului de carbon (CNT), deși au existat observații timpurii ale structurilor tubulare de carbon și de către alții. Iijima a împărțit Premiul Kavli în domeniul nanoștiinței în 2008 pentru acest progres și pentru alte progrese în domeniu. CNT-urile, ca și buckyball-urile, sunt compuse în întregime din carbon, dar într-o formă tubulară. Ele prezintă proprietăți extraordinare în ceea ce privește rezistența, conductivitatea electrică și termică, printre altele. (Imaginea de mai jos.)
 |
 |
 |
| Nanotuburi de carbon (multumim, National Science Foundation). Proprietățile CNT-urilor sunt în curs de explorare pentru aplicații în electronică, fotonică, țesături multifuncționale, biologie (de exemplu, ca schelă pentru creșterea celulelor osoase) și comunicații. A se vedea un articol din 2009 al revistei Discovery Magazine pentru alte exemple | Micrografie SEM a „hârtiei” de nanotuburi purificate în care nanotuburile sunt fibrele (bară de scară, 0,001 mm) (prin amabilitatea NASA). | O matrice de nanotuburi de carbon aliniate, care pot acționa ca o antenă radio pentru detectarea luminii la lungimi de undă vizibile (bară de scară 0,001 mm) (prin amabilitatea lui K. Kempa, Boston College). |
1992: C.T. Kresge și colegii de la Mobil Oil au descoperit materialele catalitice nanostructurate MCM-41 și MCM-48, utilizate acum intensiv în rafinarea țițeiului, precum și pentru administrarea de medicamente, tratarea apei și alte aplicații variate.
 |
 |
| MCM-41 este un nanomaterial de silice de tip „sită moleculară mezoporoasă” cu un aranjament hexagonal sau „în formă de fagure de miere” al porilor săi cilindrici drepți, așa cum se arată în această imagine TEM (prin amabilitatea lui Thomas Pauly, Michigan State University). | Acestă imagine TEM a MCM-41 privește porii cilindrici drepți așa cum se află ei perpendicular pe axa de vizualizare (prin amabilitatea lui Thomas Pauly, Michigan State University). |
1993: Moungi Bawendi de la MIT a inventat o metodă de sinteză controlată a nanocristalelor (puncte cuantice), deschizând calea pentru aplicații care variază de la calculatoare la biologie și până la sisteme fotovoltaice și de iluminat de înaltă eficiență. În următorii câțiva ani, lucrările altor cercetători, cum ar fi Louis Brus și Chris Murray, au contribuit, de asemenea, cu metode de sintetizare a punctelor cuantice.
1998: Grupul de lucru interagenții pentru nanotehnologie (IWGN) a fost înființat în cadrul Consiliului Național pentru Știință și Tehnologie pentru a investiga stadiul actual al științei și tehnologiei la scară nanometrică și pentru a prognoza posibilele evoluții viitoare. Studiul și raportul IWGN, Nanotechnology Research Directions: Vision for the Next Decade (1999) a definit viziunea pentru și a condus direct la formarea Inițiativei Naționale de Nanotehnologie a SUA în 2000.
1999: Cercetătorii Wilson Ho și Hyojune Lee de la Universitatea Cornell au sondat secretele legăturii chimice prin asamblarea unei molecule din componentele constitutive cu ajutorul unui microscop cu efect de tunelare cu scanare. (Imaginea din stânga.)
1999: Chad Mirkin de la Universitatea Northwestern a inventat dip-pen nanolithography® (DPN®), ceea ce a condus la „scrierea” fabricabilă și reproductibilă a circuitelor electronice, precum și la modelarea biomaterialelor pentru cercetarea în domeniul biologiei celulare, nanocifrarea și alte aplicații. (Imaginea de mai jos, în dreapta.)
Utilizarea DPN pentru depunerea de biomateriale ©2010 Nanoink
1999-începutul anilor 2000: Produsele de consum care utilizează nanotehnologia au început să apară pe piață, inclusiv barele de protecție pentru automobile ușoare, cu ajutorul nanotehnologiei, care rezistă la lovituri și zgârieturi, mingile de golf care zboară mai drept, rachetele de tenis care sunt mai rigide (prin urmare, mingea ricoșează mai repede), bâtele de baseball cu o mai bună flexibilitate și „lovitură”,”, șosete antibacteriene cu nano-argint, creme de protecție solară transparente, îmbrăcăminte rezistentă la riduri și pete, produse cosmetice terapeutice cu penetrare profundă, acoperiri de sticlă rezistente la zgârieturi, baterii cu reîncărcare mai rapidă pentru uneltele electrice fără fir și ecrane îmbunătățite pentru televizoare, telefoane mobile și aparate foto digitale.
2000: Președintele Clinton a lansat Inițiativa Națională de Nanotehnologie (NNI) pentru a coordona eforturile federale de R&D și a promova competitivitatea SUA în domeniul nanotehnologiei. Congresul a finanțat NNI pentru prima dată în FY2001. Subcomitetul NSET al NSTC a fost desemnat ca fiind grupul interinstituțional responsabil pentru coordonarea NNI.
2003: Congresul a promulgat Legea privind cercetarea și dezvoltarea nanotehnologiei în secolul XXI (P.L. 108-153). Legea a oferit o bază statutară pentru NNI, a stabilit programe, a atribuit responsabilități agențiilor, a autorizat niveluri de finanțare și a promovat cercetarea pentru a aborda probleme cheie.
Simulare pe calculator a creșterii unei nanoînvelișuri de aur cu un miez de silice și un strat superior de aur (prin amabilitatea lui N. Halas, Genome News Network, 2003)
2003: Naomi Halas, Jennifer West, Rebekah Drezek și Renata Pasqualin de la Universitatea Rice au dezvoltat nanoînvelișuri de aur, care, atunci când sunt „reglate” în mărime pentru a absorbi lumina în infraroșu apropiat, servesc drept platformă pentru descoperirea, diagnosticarea și tratamentul integrat al cancerului de sân fără biopsii invazive, intervenții chirurgicale sau radiații sau chimioterapie distructive la nivel sistemic.2004: Comisia Europeană a adoptat Comunicarea „Către o strategie europeană pentru nanotehnologie”, COM(2004) 338, care a propus instituționalizarea eforturilor europene în domeniul nanoștiinței și al cercetării și dezvoltării în nanotehnologie în cadrul unei strategii integrate și responsabile și care a stimulat planurile de acțiune europene și finanțarea continuă a cercetării și dezvoltării în nanotehnologie. (Imagine în stânga.)
2004: Societatea Regală din Marea Britanie și Academia Regală de Inginerie au publicat Nanoscience and Nanotechnologies: Opportunities and Uncertainties (Oportunități și incertitudini), susținând necesitatea de a aborda potențialele probleme de sănătate, de mediu, sociale, etice și de reglementare asociate cu nanotehnologia.
2004: SUNY Albany a lansat primul program de educație la nivel de colegiu în domeniul nanotehnologiei din Statele Unite, Colegiul de Știință și Inginerie la scară nanometrică.
2005: Erik Winfree și Paul Rothemund de la California Institute of Technology au dezvoltat teorii pentru calculul bazat pe ADN și „auto-asamblarea algoritmică”, în care calculele sunt încorporate în procesul de creștere a nanocristalelor.
Nanocar cu roți buckyball care se învârt (credit: RSC, 29 martie 2006).
2006: James Tour și colegii săi de la Universitatea Rice au construit o mașină la scară nanometrică realizată din oligo(fenilen etilenă) cu axe alchilice și patru roți sferice de fulleren C60 (buckyball). Ca răspuns la creșterea temperaturii, nanocarul s-a deplasat pe o suprafață de aur ca urmare a roților buckyball-urilor care se roteau, ca într-o mașină convențională. La temperaturi mai mari de 300°C, se deplasa prea repede pentru ca chimiștii să mai poată fi urmăriți! (Imaginea din stânga.)
2007: Angela Belcher și colegii de la MIT au construit o baterie litiu-ion cu un tip comun de virus care nu este dăunător pentru oameni, folosind un proces cu costuri reduse și inofensiv pentru mediu. Bateriile au aceeași capacitate energetică și performanțe de putere ca și bateriile reîncărcabile de ultimă generație, avute în vedere pentru alimentarea mașinilor hibride plug-in, și ar putea fi folosite, de asemenea, pentru alimentarea dispozitivelor electronice personale. (Imaginea din dreapta.)
(De la stânga la dreapta) Profesorii MIT Yet-Ming Chiang, Angela Belcher și Paula Hammond prezintă o peliculă încărcată cu virus care poate servi ca anod al unei baterii. (Foto: Donna Coveney, MIT News.)
2008: A fost publicată prima strategie oficială a NNI pentru cercetarea în domeniul mediului, sănătății și siguranței (EHS) legată de nanotehnologie, bazată pe un proces de doi ani de investigații sponsorizate de NNI și dialoguri publice. Acest document strategic a fost actualizat în 2011, în urma unei serii de ateliere și a unei revizuiri publice.
2009-2010: Nadrian Seeman și colegii de la Universitatea din New York au creat mai multe dispozitive robotice de asamblare la scară nanometrică asemănătoare ADN-ului. Unul dintre acestea este un proces de creare a structurilor 3D de ADN folosind secvențe sintetice de cristale de ADN care pot fi programate să se autoasambleze cu ajutorul unor „capete lipicioase” și să fie plasate într-o anumită ordine și orientare. Nanoelectronica ar putea beneficia: flexibilitatea și densitatea pe care le permit componentele la scară nanometrică 3D ar putea permite asamblarea unor piese mai mici, mai complexe și mai apropiate între ele. O altă creație a lui Seeman (împreună cu colegii de la Universitatea Nanjing din China) este o „linie de asamblare a ADN-ului”. Pentru această lucrare, Seeman a împărțit Premiul Kavli în domeniul nanoștiinței în 2010.
2010: IBM a folosit un vârf de siliciu care măsoară doar câțiva nanometri la vârf (similar cu vârfurile utilizate în microscoapele cu forță atomică) pentru a cizela material de pe un substrat pentru a crea o hartă 3D completă a lumii în relief la scară nanometrică, de o miime din dimensiunea unui grăunte de sare, în 2 minute și 23 de secunde. Această activitate a demonstrat o metodologie puternică de modelare pentru generarea de modele și structuri la scară nanometrică de până la 15 nanometri la un cost și o complexitate mult reduse, deschizând noi perspective pentru domenii precum electronica, optoelectronica și medicina. (Imaginea de mai jos.)
O imagine redată a unei vârfuri de siliciu la scară nanometrică ce cizelează cea mai mică hartă în relief a lumii dintr-un substrat de sticlă moleculară organică. În prim-planul din mijloc sunt reprezentate Marea Mediterană și Europa. (Pentru imagine, mulțumim Advanced Materials.)
2011: Subcomitetul NSET a actualizat atât Planul strategic NNI, cât și Strategia de cercetare în domeniul mediului, sănătății și siguranței NNI, bazându-se pe contribuțiile extinse obținute în cadrul atelierelor publice și al dialogului online cu părțile interesate din cadrul guvernului, mediului academic, ONG-urilor și publicului și altele.
2012: NNI a lansat încă două Inițiative de Semnătură Nanotehnologică (NSI) – Nanosenzori și Infrastructura de Cunoaștere în domeniul Nanotehnologiei (NKI) – aducând totalul la cinci NSI.
2013:
-The NNI începe următoarea rundă de planificare strategică, începând cu atelierul părților interesate.
– Cercetătorii de la Stanford dezvoltă primul computer cu nanotuburi de carbon.
2014:
– NNI publică Planul strategic actualizat pentru 2014.
– NNI publică Evaluarea progreselor înregistrate în 2014 privind implementarea coordonată a Strategiei de cercetare în domeniul mediului, sănătății și siguranței NNI 2011.
.