Termin ten wywodzi się od greckiego słowa nanos, które dosłownie oznacza karła. Przedrostek ten doskonale podkreśla fakt, iż technologia nano dotyczy bardzo niskich wymiarów, obowiązuje bowiem dla zjawisk zachodzących w skali od 1 do 100 nm (1nm = 10-9m). W tym wymiarze cząstki materii znanych i stosowanych powszechnie materiałów wykazują nowe, niejednokrotnie ciekawe i użyteczne właściwości. Wynika to przede wszystkim z występowania efektów kwantowych, lepszego uporządkowania struktury oraz znacznie większej powierzchni aktywnej cząstek. Głównymi tworami nanonauki, które jednocześnie zapoczątkowały jej rozwój, są fulereny oraz nanorurki. Najpopularniejszy fuleren zawiera 60 atomów węgla i kształtem przypomina piłkę nożną.

Mimo iż za odkrycie tychże struktur została przyznana Nagroda Nobla, uważa się, że to nanorurki mają szansę na zrewolucjonizowanie świata techniki. Nanorurki, czyli zwinięte powierzchnie grafitowe o średnicy kilku nm i małym ciężarze właściwym (0.6 g/cm3), wykazują wysoki moduł Younga (do 5 TPa) i ogromną wytrzymałość na rozciąganie (20 GPa) przy wydłużeniu do 40 proc. bez oznak kruchego pękania.

Nanotechnologia ma szerokie zastosowanie w materiałach budowlanych. Główną metodą modyfikacji materiałów za pomocą nanotechnologii jest ich domieszkowanie odpowiednimi cząsteczkami. Tego rodzaju ingerencja dotyczy przede wszystkim powłok malarskich, impregnatów, domieszek do betonów itp. Substancje te naniesione na powierzchnię lub dodane w procesie wytwarzania materiałów w sposób kontrolowany zmieniają ich właściwości. Dzięki temu otrzymuje się powierzchnie superhydrofobowe, powierzchnie samoczyszczące, a nawet czyszczące atmosferę na skutek zawartego nanoditlenku tytanu. Nanosrebro z kolei odpowiada za właściwości bakteriobójcze, dlatego wykorzystywane jest do produkcji farb do pomieszczeń o szczególnym przeznaczeniu (szpitale, przedszkola). Coraz bardziej realne stają się zapowiedzi wprowadzenia na rynek „inteligentnych farb”, które pod wpływem obciążeń pomalowanych elementów zmieniają kolor, informując w ten sposób o zagrożeniu. 

Inną tendencją modyfikacji materiałów jest zmniejszanie liczby defektów w mikrostrukturze materiałów, co przekłada się na minimalizację skurczu w zaprawach naprawczych, znacznie lepszą przyczepność do podłoża w przypadku klejów, a także zwiększenie wytrzymałości na rozciąganie stali. Naukowcy pracują także nad ideą betonu samonaprawialnego o wysokich parametrach wytrzymałościowych. Ponadto wysoce zaawansowana technika monitoringu na poziomie nanometrycznym pozwala na tzw. obserwacje inwitu, czyli podczas tworzenia się mikrostruktury betonu. Aparatura ESEM pozwala dogłębnie zapoznać się z procesami zachodzącymi podczas hydratacji cementu, a w przyszłości może przyczynić się do powstania „inteligentnego betonu” reagującego na bodźce zewnętrzne, takie jak ciepło, światło czy pH.

Wybitny fizyk R. Feynman 50 lat temu w swej słynnej pracy pt. „There's plenty of room at the bottom" zapowiedział nadejście nanorewolucji. Z dzisiejszej perspektywy, wiedząc, że liczba nanopatentów w ostatniej dekadzie gwałtowanie wzrosła, a rządy krajów na całym świecie doceniają potencjał nanotechnologii jako kluczowy czynnik wzrostu innowacyjności i konkurencyjności gospodarki, śmiało możemy się zgodzić z genialnym noblistą.

Katarzyna Guszczyńska
Gazeta Inwestycyjna INWESTOR

gk