Nanotechnologie
Les nanotechnologies font partie de la science et de la technologie et concernent le contrôle de la matière à l'échelle atomique et moléculaire, c'est-à-dire à l'échelle de 100 nanomètres environ.
La nanotechnologie comprend la fabrication de produits qui utilisent des pièces aussi petites, comme des dispositifs électroniques, des catalyseurs, des capteurs, etc. Pour vous donner une idée de la taille de ces pièces, il y a plus de nanomètres dans un pouce que de pouces dans 400 miles.
Pour donner une idée internationale de la petite taille de ce phénomène, il y a autant de nanomètres dans un centimètre que de centimètres dans 100 kilomètres.
Les nanotechnologies rassemblent des scientifiques et des ingénieurs de nombreuses disciplines différentes, telles que la physique appliquée, la science des matériaux, la science des interfaces et des colloïdes, la physique des dispositifs, la chimie, la chimie supramoléculaire (qui désigne le domaine de la chimie qui se concentre sur les interactions de liaison non covalente des molécules), les machines autoreproductrices et la robotique, le génie chimique, le génie mécanique, la biologie, le génie biologique et le génie électrique.
En général, quand on parle de nanotechnologie, on parle de structures de la taille de 100 nanomètres ou moins. Il y a un million de nanomètres dans un millimètre. La nanotechnologie tente de fabriquer des matériaux ou des machines de cette taille.
Les gens effectuent de nombreux types de travaux dans le domaine des nanotechnologies. La plupart des travaux actuels portent sur la fabrication de nanoparticules (particules de la taille du nanomètre) qui ont des propriétés particulières, comme la façon dont elles diffusent la lumière, absorbent les rayons X, transportent les courants électriques ou la chaleur, etc. Dans le domaine plus "science-fiction", on tente de faire de petites copies de machines plus grandes ou de nouvelles idées de structures qui se fabriquent toutes seules. De nouveaux matériaux sont possibles avec des structures de taille nanométrique. Il est même possible de travailler avec des atomes isolés.
L'avenir des nanotechnologies et leurs dangers ont fait l'objet de nombreuses discussions. Les nanotechnologies pourraient permettre d'inventer de nouveaux matériaux et instruments qui seraient très utiles, comme en médecine, en informatique, et la production d'électricité propre (les systèmes nanoélectromécaniques aident à concevoir la prochaine génération de panneaux solaires, et l'éclairage efficace à faible consommation d'énergie). D'autre part, les nanotechnologies sont nouvelles et il pourrait y avoir des problèmes inconnus. Par exemple, si les matériaux sont mauvais pour la santé des personnes ou pour la nature. Ils peuvent avoir un effet néfaste sur l'économie ou même sur les grands systèmes naturels comme la Terre elle-même. Certains groupes soutiennent qu'il devrait y avoir des règles concernant l'utilisation des nanotechnologies.
Géométries typiques des nanostructures.
Les débuts de la nanotechnologie
Les idées de la nanotechnologie ont été utilisées pour la première fois dans l'exposé "There's Plenty of Room at the Bottom", présenté par le scientifique Richard Feynman lors d'une réunion de l'American Physical Society à Caltech le 29 décembre 1959. Feynman a décrit un moyen de déplacer des atomes individuels pour construire des instruments plus petits et fonctionner à cette échelle. Des propriétés telles que la tension de surface et la force des parois de Van der deviendraient très importantes.
L'idée simple de Feynman semblait possible. Le mot "nanotechnologie" a été expliqué par le professeur Norio Taniguchi de l'université des sciences de Tokyo dans un article de 1974. Selon lui, la nanotechnologie est le travail qui consiste à changer les matériaux par un atome ou par une molécule. Dans les années 1980, cette idée a été étudiée par le Dr K. Eric Drexler, qui a parlé et écrit sur l'importance des événements à l'échelle nanométrique . "Moteurs de la création" : The Coming Era of Nanotechnology" (1986) est considéré comme le livre de la volonté sur les nanotechnologies. Les nanotechnologies et la nanoscience ont débuté avec deux développements clés : le début de la science des clusters et l'invention du microscope à effet tunnel à balayage (STM). Peu après, de nouvelles molécules contenant du carbone ont été découvertes - d'abord les fullerènes en 1986 et les nanotubes de carbone quelques années plus tard. Dans un autre domaine, on a étudié comment fabriquer des nanocristaux semi-conducteurs. De nombreuses nanoparticules d'oxyde métallique sont maintenant utilisées comme points quantiques (nanoparticules où le comportement des électrons individuels devient important). En 2000, l'initiative nationale américaine pour les nanotechnologies a commencé à développer la science dans ce domaine.
Classification des nanomatériaux
Les nanotechnologies comportent des nanomatériaux qui peuvent être classés en nanoparticules à une, deux et trois dimensions. Cette classification est basée sur les différentes propriétés qu'elles possèdent telles que la diffusion de la lumière, l'absorption des rayons X, le transport du courant électrique ou de la chaleur. Les nanotechnologies ont un caractère multidisciplinaire qui touche de nombreuses technologies traditionnelles et différentes disciplines scientifiques. Il est possible de fabriquer de nouveaux matériaux qui peuvent être mis à l'échelle, même à la taille atomique.
Faits
- Un nanomètre (nm) correspond à 10-9 ou 0.000.000.001 mètre.
- Lorsque deux atomes de carbone s'unissent pour former une molécule, la distance qui les sépare est comprise entre 0,12 et 0,15 nm.
- La double hélice de l'ADN est d'environ 2 nm d'un côté à l'autre. Elle se développe dans un nouveau domaine de la nanotechnologie de l'ADN. À l'avenir, l'ADN pourra être manipulé, ce qui peut conduire à une nouvelle révolution. Le génome humain peut être manipulé en fonction des besoins.
- Un nanomètre et un mètre peuvent être compris comme la même différence de taille qu'entre une balle de golf et la Terre.
- Un nanomètre correspond à environ un vingt-cinq millième du diamètre d'un cheveu humain.
- Les ongles poussent d'un nanomètre par seconde.
Caractéristiques physiques des nanomatériaux
À l'échelle nanométrique, les propriétés physiques du système ou des particules changent considérablement. Les propriétés physiques telles que les effets de taille quantique où les électrons se déplacent différemment pour les très petites tailles de particules. Des propriétés telles que les changements mécaniques, électriques et optiques lorsque le système macroscopique se transforme en système microscopique, ce qui est de la plus haute importance.
Les nanomatériaux et les particules peuvent agir comme un catalyseur pour augmenter la vitesse de réaction et produire un meilleur rendement par rapport à d'autres catalyseurs. Certaines des propriétés les plus intéressantes lorsque les particules sont converties à l'échelle nanométrique sont les suivantes : les substances qui arrêtent généralement la lumière deviennent transparentes (cuivre) ; il devient possible de brûler certains matériaux (aluminium) ; les solides se transforment en liquides à température ambiante (or) ; les isolants deviennent des conducteurs (silicium). Un matériau tel que l'or, qui ne réagit pas avec d'autres produits chimiques à l'échelle normale, peut être un puissant catalyseur chimique à l'échelle nanométrique. Ces propriétés particulières que nous ne pouvons voir qu'à l'échelle nanométrique sont l'une des choses les plus intéressantes de la nanotechnologie.
Questions et réponses
Q : Qu'est-ce que la nanotechnologie ?
R : Les nanotechnologies sont une partie de la science et de la technologie qui concerne le contrôle de la matière à l'échelle atomique et moléculaire, ce qui inclut la fabrication de produits qui utilisent des pièces aussi petites, comme les appareils électroniques, les catalyseurs, les capteurs, etc.
Q : Quelle est la taille des nanomètres ?
R : Les nanomètres sont incroyablement petits - il y a plus de nanomètres dans un pouce qu'il n'y a de pouces dans 400 miles. Pour donner une idée internationale de la taille des nanomètres, il y a autant de nanomètres dans un centimètre qu'il y a de centimètres dans 100 kilomètres.
Q : Quels sont les types de travaux effectués dans le domaine des nanotechnologies ?
R : Les personnes travaillant dans le domaine des nanotechnologies cherchent à fabriquer des nanoparticules (particules d'une taille de l'ordre du nanomètre) qui ont des propriétés particulières telles que la diffusion de la lumière ou l'absorption des rayons X. Elles tentent également de faire de petites copies de la matière première. Ils tentent également de réaliser de petites copies de machines plus grandes ou de trouver de nouvelles idées pour des structures qui se fabriquent elles-mêmes. De nouveaux matériaux peuvent être fabriqués avec des structures de taille nanométrique et il est même possible de travailler avec des atomes uniques.
Q : Quelles sont les applications potentielles des nanotechnologies ?
R : Les nanotechnologies ont des applications potentielles dans de nombreux domaines, notamment la médecine, l'informatique et la production d'électricité propre (systèmes nanoélectromécaniques). Elles pourraient également contribuer à la conception de la prochaine génération de panneaux solaires et d'éclairages efficaces à faible consommation d'énergie.
Q : Y a-t-il des risques liés à l'utilisation des nanotechnologies ?
R : Il pourrait y avoir des problèmes inconnus liés à l'utilisation des nanotechnologies, par exemple si les matériaux utilisés étaient mauvais pour la santé des personnes ou pour la nature. Ils pourraient avoir un effet néfaste sur l'économie ou même sur de grands systèmes naturels comme la Terre elle-même, de sorte que certains groupes soutiennent que des règles devraient être mises en place concernant leur utilisation.
Q : Quel type de scientifiques étudie la nanotechnologie ?
R : Les scientifiques qui étudient les nanotechnologies sont issus de nombreuses disciplines différentes, notamment la physique appliquée, la science des matériaux, la science des interfaces et des colloïdes, la physique des dispositifs, la chimie, la chimie supramoléculaire, les machines autoreproductibles et la robotique, le génie chimique, le génie mécanique, la biologie, le génie biologique, le génie électrique, etc.
