Wie hat sich die Nanotechnologie im Laufe der Jahre entwickelt?

Nanotechnologie gibt es in sehr primitiven Formen seit dem vierten Jahrhundert.

Nanotechnologie
Nanotechnologie

Die Nanotechnologie steht an der Spitze des modernen technologischen Fortschritts. Sie stellt sich als die innovative Technologie dar, die es Computern und Transistoren ermöglichen wird, mit dem berüchtigten Moore’schen Gesetz Schritt zu halten. Sie wird auch die moderne Medizin und Behandlung revolutionieren.

Die moderne Nanotechnologie, d.h. die Fähigkeit, Atome und Strukturen von der Größe eines Nanometers sorgfältig zu verändern, unterscheidet sich von den Arten der Nanotechnologie der Vergangenheit. Allerdings gibt es die Nanotechnologie als Bereich der menschlichen Innovation etwa seit dem 4.

Um ein besseres Verständnis der modernen Nanotechnologie und dessen, was unsere Fähigkeit zur Bearbeitung von Atomen und Molekülen verschmäht hat, zu bekommen, wollen wir einen Blick zurück auf alle Fortschritte und Entwicklungen werfen, die in dieser Branche im Laufe der Geschichte gemacht wurden.

Der Beginn der Nanotechnologie

Frühe Beispiele für Nanotechnologie, die vom Menschen genutzt wird, sind innovative Materialien, die für bestimmte Zwecke geschaffen wurden. Das früheste Beispiel für die Verwendung von Nanopartikeln bei der Materialherstellung eines Gegenstandes stammt aus dem Lycurgusbecher aus dem 4. Jahrhundert. Kolloidales Gold und Silber wurden in das Glas des Bechers eingeschlossen, wodurch der Becher je nach Herkunft der Lichtquelle, die auf ihn trifft, grün und rot opak wird.

Kolloidales Gold und Silber sind Nanopartikel, die auch heute noch wegen vieler ihrer vorteilhaften Eigenschaften verwendet werden. Diese frühe Verwendung von Nanopartikeln beim Design von Glasmaterialien setzte sich jedoch in den nächsten paar hundert Jahren ohne große Innovationen fort.

Die meisten Innovationen im Zusammenhang mit Nanopartikeln kamen nur langsam voran, wenn man bedenkt, dass der Mensch keine einfache Möglichkeit hatte, diese Partikel zu untersuchen oder auch nur zu verstehen, dass sie in größerem Umfang existierten.

Zwischen den ersten Anwendungen der Nanotechnologie und bis ins 17. Jahrhundert hinein wurden Nanopartikel in keramischen Glasuren verwendet, hauptsächlich in Form von Silber- oder Kupfer Nanopartikeln. Diese Zusätze verliehen den Glasuren einen metallischen Glanz, der mit keiner anderen Glasur der damaligen Zeit erzeugt werden konnte.

Während dieser langen Entwicklungszeit gewannen die Handwerker auch mehr Wissen über die Arbeit mit Materialien, die Nanopartikel enthielten, um satte Farben in Glasmalereifenstern zu erzeugen.

In Abkehr von der Zerbrechlichkeit von Glas und Keramik wurden zwischen dem 13. und 18. Jahrhundert Nanopartikel bei der Entwicklung von Damaszener-Klingen verwendet. Handwerker, die beim Herstellungsprozess dieser Klingen verschiedene Stahlschichten zusammenfalteten, schufen unwissentlich Kohlenstoff-Nanoröhren, die die Klingen unglaublich stark und gleichzeitig unglaublich leicht machten.

All diese Anwendungen der Nanotechnologie lagen in erster Linie in den Händen erfahrener Handwerker, die durch raffinierte Verfahren die weltbesten Materialien herstellten. Erst Mitte der 1800er Jahre begann sich die Entwicklung der Nanotechnologie wirklich zu beschleunigen, was weitgehend auf neue Innovationen zurückzuführen war.

Was die Nanotechnologie in die Moderne gebracht hat

1857 entdeckte ein Wissenschaftler namens Michael Faraday erstmals kolloidales Gold. Obwohl kolloidales Gold bereits seit Jahrhunderten in Materialien verwendet wurde, war dies das erste Mal, dass es isoliert und beobachtet wurde, um verschiedene Farben unter verschiedenen Lichtbedingungen zu erzeugen.

Es würde allerdings noch 80 Jahre dauern, bis jemand diese Nanopartikel direkt untersuchen könnte.

1936 erfand Erwin Müller im Siemens-Forschungslaboratorium das Feldemissionsmikroskop. Dieses Mikroskop war das erste, das die Abbildung von Materialien auf nahezu atomarer Ebene ermöglichte. Dies war ein bedeutender Schritt hin zur Untersuchung von Nanopartikeln auf der Skala, in der sie existieren.

1950 entwickelten zwei Forscher eine starke Theorie, wie kolloidale Materialien in einem Labor gezüchtet werden können. Dies war der erste Schritt, um Nanomaterialien kontrolliert und bestimmt herstellen zu können. Letztendlich führte dies zur Verwendung von kolloidalen Materialien in Farben, Filmen und Papier.

Im folgenden Jahr jedoch, 1951, wurde die nächste Mikroskop-Entdeckung gemacht, die die Forschung der Nanotechnologie beeinflussen sollte. Erwin Müller erfand erneut ein weiteres Mikroskop, diesmal das Feldionenmikroskop. Damit konnte die Art und Weise, wie die Atome angeordnet waren, bildlich dargestellt werden, was zunächst zur Abbildung von Wolframatomen genutzt wurde.

Bald nach diesen Entwicklungen von Atommikroskopen entdeckten die Ingenieure Wege zur Manipulation molekularer Strukturen. Arthur von Hippel war ein Forscher am MIT, der den Begriff Molekulartechnik prägte. Er beschäftigte sich mit Dielektrika und anderen kleinen elektronischen Geräten, wobei er die Molekulartechnik bei der Entwicklung von Transistoren einsetzte.

Die Erfindung dieser molekularen Mikroskope markierte die größte Verschiebung in der Entwicklung der Nanotechnologie. Bis 1958 war der integrierte Schaltkreis mit Hilfe der Nanotechnologie erfunden worden. 1959 gab Richard Feynman den ersten Lektor über Technologie, die auf atomarer Ebene operierte, was historisch gesehen den Beginn der Entwicklung der Nanotechnologie markierte.

Die ersten beiden von Müller entwickelten Mikroskope waren ausschlaggebend für den Beginn der ersten Nanotechnologie-Arbeiten, doch 1981 entwickelten Gerd Binnig und Heinrich Rohrer das Rastertunnelmikroskop und veränderten das Feld für immer.

Dieses Mikroskop war das erste, das es Wissenschaftlern ermöglichte, Bilder von Atomen zu sehen, wofür die beiden Wissenschaftler 1986 den Nobelpreis erhielten.

Später im Jahr 1986 erfand Gerd Bennig, der heute mit Calvin Quate und Christoph Gerber zusammenarbeitet, das Rasterkraftmikroskop, mit dem Materialien bis auf den Bruchteil eines Nanometers genau gemessen und manipuliert werden konnten. Dies bedeutete, dass Ingenieure und Wissenschaftler nun die in Nanopartikeln vorhandenen Kräfte untersuchen konnten.

All diese Entwicklungen der letzten 1500 Jahre führten bis zu dem Punkt im Jahr 1989, an dem Don Eigler und Erhard Schweitzer zum ersten Mal in der Geschichte 35 einzelne Atome manipulierten. Sie brachten die Atome dazu, das IBM-Logo zu buchstabieren, was den Beginn der Nutzung der angewandten Nanotechnologie oder der Manipulation von Atomen speziell zu unserem Nutzen markierte.

Der Rest der Geschichte ist Geschichte. Nach der Entwicklung dieser Mikroskope, die es Ingenieuren ermöglichten, Nanopartikel zu beobachten und zu manipulieren, wurde die Nanotechnologie ins Rampenlicht gerückt, um zu zeigen, wozu die Menschen im Bereich der technologischen Entwicklung fähig sind.

Heute ist die Nanotechnologie in vielen der Branchen im Einsatz, mit denen wir tagtäglich eng zusammenarbeiten, von Computern bis hin zu Kosmetika. Wir können den Wissenschaftlern, die hinter diesen frühen Erfindungen stehen, für all die nanotechnologischen Innovationen danken, die es gegeben hat und die sicher noch kommen werden.