Nanotieteestä nanoteknologiaan: Vaikutukset ja erot

Nanotiede ja nanoteknologia ovat kaksi toisiinsa kytkeytyvää alaa, joilla tutkitaan materiaalien ainutlaatuisia ominaisuuksia nanomittakaavassa. Materiaaleilla on tässä mittakaavassa ominaisuuksia ja käyttäytymistä, jotka poikkeavat suuremmissa mittakaavoissa esiintyvistä ominaisuuksista ja käyttäytymisestä, minkä vuoksi nanotiede ja nanoteknologia ovat tärkeitä uusien teknologioiden luomisessa ja aineen perusperiaatteiden ymmärtämisessä.

Tässä artikkelissa perehdymme nanotieteen ja nanoteknologian mielenkiintoiseen alueeseen ja analysoimme niiden vaikutuksia ja eroja.

Mitä on nanotiede?

Materiaalien ominaisuuksien ja käyttäytymisen tutkiminen nanokokoluokassa tunnetaan nimellä nanotiede. Nanomittakaava perustuu nanometriin, ja sen ulottuvuusalue on 1-100 nanometriä.

Nanometri (nm) on pituusyksikkö, joka on yksi miljardisosa metristä eli 0,000000001 metriä. Se on äärimmäisen pieni mitta-asteikko, jota käytetään usein atomien, molekyylien ja tietenkin nanohiukkasten koon kuvaamiseen.

Tässä mittakaavassa materiaalien pinta-alan ja tilavuuden suhde on suuri, mikä voi aiheuttaa muutoksia niiden sähköisiin, optisiin ja mekaanisiin ominaisuuksiin. Esimerkiksi nanohiukkasilla voi olla erilainen kemiallinen reaktiivisuus, optiset ominaisuudet ja sähkönjohtavuus kuin bulkkimateriaaleilla.

Nanotiede on monitieteinen alue, johon kuuluu useita tieteenaloja, kuten fysiikka, kemia, biologia ja materiaalitiede. Alan tutkijat tutkivat nanomateriaalien erityispiirteitä sekä sitä, miten näitä materiaaleja voidaan muokata ja hyödyntää uusien teknologioiden tuottamiseksi. Tutkijat voivat muuttaa aineen fysikaalisia, kemiallisia, biologisia ja optisia ominaisuuksia toimimalla atomitasolla.

Miten nanotiede kehitettiin?

Nanotiede on kehittynyt vähitellen useiden vuosikymmenten aikana, ja se on edistynyt useilla eri tieteenaloilla. Fyysikko Richard Feynman keksi 1950-luvulla termin "nanotiede" esitelmässään "There's Plenty of Room at the Bottom", jossa hän kuvitteli, että aineeseen voitaisiin vaikuttaa ja se voitaisiin nähdä nanotasolla.

Nanotieteen kehittymiselle oli ratkaisevan tärkeää, että keksittiin tekniikoita, joiden avulla materiaaleja voitiin tarkastella ja hallita nanomittakaavassa. Gerd Binnigin ja Heinrich Rohrerin vuonna 1981 keksimä pyyhkäisytunnelointimikroskooppi oli virstanpylväs tällä alalla, sillä sen avulla tutkijat pystyivät ensimmäistä kertaa tarkkailemaan yksittäisiä atomeja ja molekyylejä.

Toinen merkittävä edistysaskel oli odottamattomien fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien löytyminen, kun materiaaleja pienennettiin nanokokoluokkaan. Kun materiaaleja pienennetään, esimerkiksi niiden pinta-alan ja tilavuuden suhde kasvaa, mikä aiheuttaa muutoksia niiden optisiin, sähköisiin ja magneettisiin ominaisuuksiin. Tämä havainto tasoitti tietä nanoteknologialle, jonka tavoitteena on tuottaa uusia materiaaleja ja laitteita manipuloimalla materiaa nanokokoluokassa.

Mikä on nanotieteen vaikutus?

Nanotieteellä on ollut suuri vaikutus useisiin tieteen ja teknologian aloihin sekä koko yhteiskuntaan. Tämä tutkimusala on johtanut innovatiivisten ja ominaisuuksiltaan erilaisten materiaalien, kuten hiilinanoputkien ja grafeenin, löytämiseen ja luomiseen, joilla on hyödyllisiä sovelluksia esimerkiksi lentokoneissa, autoissa ja urheiluvälineissä.

Nanokokoluokan ominaisuuksien hyödyntäminen on mahdollistanut elektronisten laitteiden, kuten tietokonesirujen, pienentämisen, mikä on parantanut suorituskykyä, virrankulutusta ja edullisuutta.

Nanotiede on myös johtanut innovatiivisten sairauksien diagnosointivälineiden ja hoitomuotojen luomiseen. Nanokokoiset lääkkeiden jakelujärjestelmät voivat esimerkiksi kohdistaa lääkkeet tiettyihin soluihin tai kudoksiin, jolloin haittavaikutukset vähenevät ja hoidon onnistuminen lisääntyy.

Nanotieteellä on mahdollisuus ratkaista ympäristökysymyksiä, kuten saastumista ja ilmastonmuutosta, sekä mullistaa energiantuotanto ja -varastointi. Nanokokoluokan materiaaleja voidaan esimerkiksi käyttää tehokkaampien katalyyttien tuottamiseen saasteiden poistamiseksi.

Nanotieteen ja nanoteknologian välinen ero

Vaikka nimityksiä "nanotiede" ja "nanoteknologia" käytetään toisinaan samalla tavalla, ne on erotettava selvästi toisistaan.

Nanotiede on pohjimmiltaan materiaalien ja tapahtumien hallinnan periaatteiden tutkimusta nanotasolla.

Nanoteknologia viittaa nanotieteen käytännön sovelluksiin. Se käsittää nanokokoluokan materiaalien ja teknologioiden kehittämisen, valmistuksen ja käytön erityistavoitteisiin.

Nanoteknologiassa sovelletaan nanotieteiden tietoja ja menetelmiä uusien tuotteiden, prosessien ja teknologioiden luomiseen käytännön sovelluksissa esimerkiksi lääketieteen, energian, elektroniikan ja materiaalien alalla.

Nanoteknologiaan kuuluu usein nanomateriaalien käyttö uusien tuotteiden ja teknologioiden kehittämisessä. Jos haluat lisätietoja nanomateriaaleista, lue artikkelista "Mitä nanomateriaalit ovat ja miksi ne ovat tärkeitä?".

Nanotieteen ja nanoteknologian tärkeimmät saavutukset

Nanoelektroniikka: Nanokokoluokan elektronisten laitteiden, kuten kvanttitähteiden ja nanodirojen, kehittäminen;

Lentokone: Nanokomposiitit ovat mahdollistaneet kevyiden ja lujien materiaalien kehittämisen lentokonesovelluksiin;

Kuvantaminen: Nanohiukkasia voidaan käyttää kontrastiaineina parantamaan kuvantamismenetelmiä, kuten magneettikuvausta, tietokonetomografiaa ja ultraääntä, jolloin sairaudet voidaan havaita aikaisemmin ja tarkemmin;

Kudostekniikka: Nanomateriaaleja voidaan käyttää kudosteknologian telineiden valmistukseen, jolloin voidaan kehittää toimivia kudoksia ja elimiä elinsiirtoja varten;

Veden puhdistus: Veden puhdistukseen on kehitetty nanoteknologiaan perustuvia kalvoja ja suodattimia, jotka mahdollistavat epäpuhtauksien tehokkaamman poistamisen ja puhtaan juomaveden saatavuuden parantamisen;

Ilman pilaantumisen valvonta: Nanohiukkasia voidaan käyttää epäpuhtauksien poistamiseen ilmasta, mikä tehostaa ilmansaasteiden torjuntaa;

Energiatehokkuus: Nanoteknologia on mahdollistanut entistä tehokkaampien energiantuotanto- ja varastointitekniikoiden, kuten aurinkokennojen ja akkujen, tuottamisen;

Anturit: Nanokokoluokan anturit ovat erittäin herkkiä ja spesifisiä havaitsemaan muutoksia fysikaalisissa, kemiallisissa tai biologisissa signaaleissa, mikä mahdollistaa uusia käyttötapoja elektronisessa tunnistuksessa ja valvonnassa.

Mitä tulevaisuus tuo tullessaan nanotieteille?

Loppujen lopuksi nanotieteiden tulevaisuus lupaa paljon uusia ja kiehtovia edistysaskeleita ja sovelluksia monilla eri aloilla. Nanotieteen edetessä on todennäköistä, että tehdään löytöjä, joilla on huomattava vaikutus yhteiskuntaan ja maailmaan, jossa elämme.

Nanotieteellä on mahdollisuus vaikuttaa moniin tieteen ja tekniikan aloihin ympäristön puhdistamisesta elintarviketutkimukseen ja avaruustutkimukseen, mukaan lukien uusien materiaalien luominen, joilla on ainutlaatuisia ominaisuuksia, kuten suurempi lujuus, johtavuus tai reaktiivisuus.

Nanotieteiden tulevaisuus näyttää siis varsin lupaavalta ja täynnä mahdollisuuksia.

Visuaalisesti houkuttelevat luvut tutkimusta varten

Tieteelliset luvut on tarkoitettu osoittamaan, esittelemään ja korostamaan käsitteitä tai tosiasioita, joiden esittäminen sanoin olisi vaikeaa tai aikaa vievää. Kuitenkin, kuten kaikessa muussakin tutkimuksessa, niitä on esiteltävä varoen.

Täydellinen lähestymistapa oikeanlaisten lukujen lisäämiseen on, että sinulla on oikea tukija rinnallasi; Mind The Graph johdattaa sinut tämän kriittisen prosessin läpi ja tarjoaa sinulle yksinkertaisia ja helppokäyttöisiä malleja.

Luo oma graafinen abstrakti