Od nanotechniki do nanonauki

Chemical Heritage Foundation

Tłumaczenie i redakcja – Anna Winiarska

Słowo nanotechnologia zyskało popularność w latach 70. i 80., jednak zjawisko samo w sobie nie było obce człowiekowi od wieków. Zanim powyższe określenie zostało sformułowane, naukowcy przez lata wykorzystywali właściwości obiektów o rozmiarach nanometrycznych. Pierwsze wzmianki o nich pojawiły się na przełomie XVI i XVII wieku.

Średniowieczni rzemieślnicy, prowadząc eksperymenty alchemiczne polegające na dodawaniu chlorku złota (III) do stopionego szkła, odkryli, że w rezultacie barwi się na czerwono, a dodanie azotanu srebra powoduje powstanie żółtego odcienia.

Ta technika zyskała popularność między XVI a XVIII stuleciem. Na świecie powstało wtedy wiele spektakularnych okien witrażowych. W ostatnim czasie naukowcy prowadzili badania odnośnie sposobu ich wykonania i odkryli, że stworzenie ich było możliwe właśnie dzięki wykorzystaniu nanotechnologii. Analiza szkła witrażowego wykazała, że złote i srebrne nanocząsteczki, reagując niczym kropki kwantowe, odbijały czerwone i żółte światło.

Pomiędzy XII a XVIII stuleciem również bliskowschodni kowale nieświadomie korzystali z nanotechnologii. Używając importowanych z Indii sztabek ze stali damasceńskiej, wyrabiali z nich miecze ostrzejsze i bardziej wytrzymałe niż te, których używali europejscy Krzyżowcy. Dokładny przebieg procesu tworzenia tej wysoko cenionej broni pozostawał ścisłą tajemnicą przekazywaną jedynie uczniom przez nauczycieli rzemiosła. Naukowcy i historycy sformułowali hipotezę, wedle której, gdy w Indiach wyczerpały się zasoby rud stali, przeniesienie produkcji w inne miejsce doprowadziło do tego, że sztabki zostały pozbawione pewnych właściwości koniecznych do kontynuowania produkcji. W 2006 roku naukowcy wyspecjalizowani w dziedzinie badań materiałowych, używając mikroskopów o wysokiej rozdzielczości, odnaleźli ślady wykorzystania nanorurek węglowych (zbudowanych ze zwiniętego grafenu i zlepionych dzięki oddziaływaniom Van der Waalsa – dop. tł.) i nanodrutów do produkcji mieczy ze stali damasceńskiej. Założyli, że to właśnie hermetyzowane przez węglowe nanorurki były źródłem legendarnej ostrości i trwałości mieczy.

Pod koniec XIX i na początku XX wieku rozpoczęto używanie czarnego węgla wliczonego później do nanomateriałów. Naukowcy odkryli, że byłby on w stanie umocnić gumę i zwiększyć jej wytrzymałość, rozciągliwość oraz odporność na otarcia i obicia. Dodawano go również w celu zwiększenia twardości wulkanizowanej gumy naturalnej. Fabryki szybko wykorzystały to udoskonalenia produkcji opon. W 1910 roku BFGoodrich rozpoczęło dodawanie czarnego węgla, aby przedłużyć okres użytkowania ich produktów. Po dziś dzień używamy go w tym celu. Ostatnimi czasy naukowcy odkryli, że właściwości wzmocnionego czarnym węglem materiału mogą zostać wykorzystane, aby wywołać reakcję pomiędzy gumą i gronami nanocząstek węgla.

W 1773 roku Benjamin Franklin napisał list do angielskiego fizyka i chemika Williama Brownrigga, dzieląc się w nim swoimi spostrzeżeniami odnośnie zachowania się oleju na wodzie. Opisał podróż nad   morze, w trakcie której dokonał takiej obserwacji: woda z tłuszczem wyrzucona za burtę przez kucharzy pokładowych uspokoiła wzburzoną przypowierzchniową warstwę wody (kilwater) statku. Franklin zrozumiał, że żeglarzom to zjawisko nie jest obce, ale żaden z nich nie zdawał sobie sprawy, w jaki sposób zachodzi. Po przybyciu do Londynu, nadal będąc zaintrygowanym tym dziwnym zjawiskiem, przeprowadził pewnego wietrznego dnia eksperyment w stawie w parku Clapham Common. Wlał łyżeczkę oleju do wody tam, gdzie zaobserwował powstawanie fal. Wiatr sprzyjał rozprzestrzenianiu się tłuszczu po całej powierzchni. Po chwili więcej niż jeden akr wzburzonej wody szybko się uspokoił. Nawet większe liście i gałęzie znajdujące się na powierzchni jeziora zostały zepchnięte na bok.

Podobne zjawisko zostało przed wiekami zaobserwowane przez Pliniusza Starszego, jednak to Benjamin Franklin był pierwszym, który ów fenomen opisał z uwzględnieniem reguł rządzących światem nauki. W swoim liście do Brownrigga zawarł przypuszczenie, że cząsteczki wody i oleju odpychają się wzajemnie. Siła oddziaływań była tak duża, że olej został odepchnięty od wody i utworzył na jej powierzchni niemal niedostrzegalną tłustą warstwę.

Tekst oryginalny: http://www.chemheritage.org/discover/media/magazine/articles/26-2-from-nanotech-to-nanoscience.aspx