Istilah "nanoteknologi"
ditakrifkan buat pertama kali oleh Norio
Taniguchi, Profesor Universiti
Sains Tokyo, pada tahun 1974 dalam kertas
kerjanya, "Mengenai Konsep Asas 'Nanoteknologi'," sebagai
berikut: "'Nanoteknologi' terdiri terutamanya daripada pemprosesan
bahan-bahan melalui pemisahan, penyatuan, dan pencacatan bentuk oleh sebiji
atom atau sebiji molekul."
Pada dekad 1980-an, idea asas untuk takrif ini
diperiksa dengan teliti oleh Dr. Eric
Drexler. Beliau mempromosikan keertian teknologi untuk
fenomena-fenomena dan peranti-peranti skala nano melalui ucapan-ucapan dan
buku-bukunya, "Enjin-enjin Penciptaan: Era Nanoteknologi Yang Akan
Datang" (Engines of Creation: The Coming Era of
Nanotechnology) dan "Sistem-sistem Nano: Jentera Molekul, Pengilangan dan
Pengiraan" (Nanosystems: Molecular Machinery,
Manufacturing, and Computation, ISBN 0-471-57518-6) dan disebabkan beliau,
istilah itu memperoleh maksud kini.
Nanoteknologi dan nanosains bermula
pada awal 1980-an dengan dimajukan dua perkara: kelahiran sains kelompok dan
penciptaan mikroskop
penerowongan imbasan (scanning tunneling microscope - STM).
Kemajuan ini mendorong kepada penemuan fuleren
pada 1986 dan nanotiub
karbon beberapa tahun kemudian. Mikroskop
daya atom dan mikroskop
terowong imbasan merupakan dua versi pertama pengesan yang
memperkenalkan nanoteknologi.
Teknologi kini menggunakan istilah
'nano' tidak terlalu berkaitan dan agak jauh dengan matlamat teknologi
perubahan dan istimewa bagi cadangan pengilangan molekul, tetapi istilah
tersebut sering membawa kepada idea tersebut. Maka, mungkin berbahaya yang
"buih nano" akan terbentuk daripada penggunaan istilah tersebut oleh
para saintis dan usahawan untuk mendapatkan keuntungan, tanpa menghiraukan (dan
mungkin kurang) minat dalam kemungkinan perubahan kerja yang lebih kelihatan
berwawasan tinggi dan jauh.
Peralihan sokongan yang berasaskan
janji cadangan seperti pengilangan molekul untuk projek yang lebih biasa juga
mungkin akan menimbulkan pandangan sinis yang tidak wajar terhadap matlamat
paling hebat tersebut: seorang pelabur yang tertarik oleh pengilangan molekul
yang melabur dalam 'nano' hanya untuk mendapatkan yang sains bahan tipikal
memperolehkan keputusan yang mungkin menyimpulkan yang semua idea tersebut hanyalah
satu gembar-gembur, tidak mampu untuk menghargainya yang semua ini boleh
dimungkinkan dengan kekaburan istilah itu. Dalam kata lain, sesetengah telah
berbalah yang publisiti dan kecekapan dalam bidang yang berkaitan yang
dijanakan oleh bantuan seperti projek 'nano ringan' adalah berharga, walaupun
tidak langsung, dalam kemajuan kepada matlamat nanoteknologi.
Nanoteknologi merupakan bidang
kesimpulan yang didokumenkan dalam monograf nota kaki "Gembar-gembur Nano:
Kebenaran di Sebalik Desas-desus Teknologi Nano" (Nano-Hype: The Truth
Behind the Nanotechnology Buzz). Kajian yang telah diterbitkan tersebut
(dengan kata-kata oleh Mihail Roco, ketua NNI) menyimpulkan yang apa yang
dijual sebagai "nanoteknologi" merupakan sebuah penyusunan semula
sains bahan, yang membawa kepada "industri nanotek yang dibina hanya
berasaskan penjualan tiub nano, wayar nano dan yang sepertinya" yang akan
"berakhir dengan beberapa pembekal menjual barangan sampingan dengan
jumlah yang banyak."
Bahan yang bertambah secara nanoteknologi
akan mengurangkan berat dan diikuti dengan bertambahnya kestabilan dan
kegunaan.
Risiko nanoteknologi boleh diluaskan
kepada tiga bahagian:
- risiko kepada kesihatan dan persekitaran yang berpunca daripada zarah dan jirim nano
- risiko yang disebabkan oleh pengilangan atau penghasilan molekul (atau teknologi nano lain)
- risiko yang datangnya daripada masyarakat sendiri.
Kemunculan
era teknologi-nano menjadikan masa depan perkembangan sains asas
(fundamental) bertambah menarik dan membuka pintu kepada penemuan-penemuan yang
menakjubkan. Skop penggunaannya yang meluas dalam bidang sains gunaan dan
industri sudah bermula dan kajian tentang kesesuaiannya dalam pelbagai aplikasi
sedang giat dijalankan. Ledakan perkembangan sains sistem nano beberapa tahun
kebelakangan ini diiringi dengan kemajuan dalam teknologi pencirian nanozarah
itu sendiri samada pada skala nanometer atau lebih kecil.
Nanoteknologi
secara umum ialah berkenaan dengan penghasilan bahan, alat dan sistem baru
menerusi pengawalan unsur dalam skala nanometer sehingga ke tahap molekul dan
atom. Persoalan utama atau perkara pokok dalam nanoteknologi ialah kemampuannya
untuk beroperasi pada skala ini bagi menghasilkan nanozarah yang mempunyai
pengorganisasian molekul yang baru.
Pengetahuan
yang banyak serta sentiasa bertambah dalam nanoteknologi ini sebenarnya
dipelopori dan digerakkan dengan kehadiran mikroskop elektron resolusi tinggi,
pembelauan elektron, mikroskopi pengimbas elektron dan pelbagai bentuk alat
pengimbas mikroskopi. Dengan menggunakan alat-alat ini kita dapat mengetahui
latar belakang tentang struktur dan morfologi sejumlah besar sistem keadaan
pepejal. Terdapat juga kaedah yang lebih ‘tradisional’ untuk mengkaji sesuatu
bahan seperti spektroskopi optik dan pembelauan sinar-X yang mempunyai
sumbangan penting dalam penyelidikan nanoteknologi iaitu, memberikan struktur
piawai yang sesuai untuk memahami sifat-sifat fizik dan kimia nanozarah. Namun
demikian, kebarangkalian untuk melihat secara langsung bentuk dan taburan
individu zarah bersaiz nanomater serta strukturnya adalah sukar. Hal ini
sebenarnya membantutkan usaha bagi mengembangkan kaedah baru dalam bidang sains
keadaan pepejal.
Teknik
yang mempunyai resolusi tinggi membolehkan kita melakukan lebih banyak dan
lebih cekap kajian tentang kaedah baru penyediaan nanozarah, menganggarkan
pengubahsuaian struktur dan memahami hubungan struktur tersebut dengan sifat
fiziknya. Sebagai contohnya nanotiub karbon yang ditemui dengan kaedah
mikroskopi elektron resolusi tinggi dan juga dalam kes bahan berstruktur nano
yang lain, teknik resolusi tinggi amat bernilai untuk tujuan pemasaran,
pengubahsuaian, manipulasi dan pengukuran.
Teknologi
dan sains berskala nanometer mengalami perkembangan pada kadar yang tinggi dan
kelihatannya memberikan impak yang amat mendalam dalam setiap bidang kajian
bagi dekad pertama abad ke-21 ini. Teknologi manipulasi atom dan molekul serta
nanofabrikasi telahpun dibangunkan semenjak penemuan STM (Scanning
Tunneling Microscopy) oleh G. Binning dan H. Rohrer, yang
dianugerahkan hadiah Nobel dalam fizik pada tahun 1986. Ciptaan tersebut
telah memainkan peranan penting dalam mempromosikan dan membangunkan teknologi
nano. Beberapa kerajaan dan syarikat besar dari negara-negara maju seperti
Amerika, Jepun, Jerman, England, Perancis dan lain-lain turut membuat pelaburan
yang besar dalam kajian dan penyelidikan nanoteknologi.
Nanoteknologi
mempunyai kaitan rapat dan meluas dengan pelbagai bidang. Sehingga kini
terdapat beberapa fenomena yang kurang difahami dalam bidang fizik
mesoskopi, nanokimia dan nanobiologi. Nanokimia dan nanoelektronik
seharusnya mempunyai kaitan dengan fizik mesoskopi. Contohnya nanokimia
berkaitan dengan sistem atom yang terhad, molekul dan kluster. Dalam bidang
biologi pula, kita mengetahui mikrob kecil mempunyai fenomenon hidup sekitar
skala nanometer. Diameter molekul DNA contohnya adalah kurang dari 3nm, dan
diameter molekul protein adalah beberapa nanometer. Oleh itu nanobiologi dan
nanoperubatan masih mempunyai ruangan yang luas untuk diterokai. Dalam bidang
elektronik pula, hasil daripada pembangunan litar terkamir, mikroelektronik
sepatutnya dinaikkan taraf ke nanoelektronik dan seterusnya molekulelektronik.
Penghasilan bahan baru, rekabentuk alat dan pasaran merupakan cabaran yang harus
ditangani secara berperingkat.
Nanoteknologi
adalah berasaskan kepada unit terkecil dengan matlamat untuk mencapai
sifat-sifat dan keberkesanan yang unggul menerusi binaan berskala atom. Fasa
nano dan bahan berstruktur nano iaitu suatu bidang dalam bahan maju adalah asas
kepada nanosains dan nanoteknologi. Penyelidikan dan kajian dalam nanosains dan
nanoteknologi perlu berhadapan dengan empat cabaran utama iaitu yang pertama
pensintesisan nanozarah dengan kemampuan untuk mengawal strukturnya pada skala atom
serta dengan ketulenan yang tinggi dalam jumlah yang besar. Seterusnya ialah
pencirian struktur dan sifat nanozarah terutama ciri-cirinya secara individu.
Cabaran yang ketiga pula adalah fabrikasi dan manipulasi alat, serta yang
terakhir ialah integrasi sistem dan penghasilan secara besar-besaran.
Struktur
nanozarah secara signifikannya boleh mengubah ciri-ciri suatu bahan. Kapur
putih contohnya, merupakan bahan kimia yang dihasilkan daripada kalsium
karbonat. Jika kita menggunakan teknologi biasa untuk memproses kalsium
karbonat, samada melalui pemanasan atau sebagainya, hasil akhir yang diperolehi
ialah bahan yang sangat rapuh dan lembut. Namun jika dibandingkan dengan kulit
siput, yang mempunyai sifat yang menakjubkan dari segi kekerasan, kekuatan dan
kecantikan, adalah terbina daripada kalsium karbonat yang sama apabila
nanoteknologi mengikuti program DNA.
Perbandingan yang sama terhadap struktur tulang dan gigi
juga memberikan motivasi terhadap pensintesisan nanozarah bagi mencapai
ciri-ciri unggul yang tidak dimiliki bahan dalam bentuk pukal. Maka penghasilan
nanozarah khususnya nanozarah kalsium karbonat diharap mempunyai potensi yang
besar berbanding kalsium karbonat biasa yang kini digunakan dengan meluas dalam
industri pembuatan kertas, plastik dan pertanian.
Terdapat pelbagai kaedah untuk penyediaan nanozarah
antaranya ialah teknik pengewapan lazer, teknik hidroterma, teknik vakum
seperti sinaran ion, teknik fasa gas seperti penyejatan gas, teknik mekanikal
dan teknik kimia.Selain itu terdapat juga kaedah hasil gabungan penyebaran
dan pembakaran dalam penyediaan nanozarah kalsium aluminat. Teknik ini
bergantung kepada penggunaan sukrosa berasid tinggi untuk membentuk kompleks
kation. Teknik lain yang melibatkan penggabungan juga adalah penyediaan
nanozarah lantanum aluminat menggunakan kaedah ultrasonik bom bersama
dengan kaedah sintesis gel daripada larutan logam klorida dan ammonia yang
distabilkan. Teknik-teknik di atas mempunyai kelebihan dan kelemahan
masing-masing contohnya teknik mekanikal seperti ball milling. Antara
kelemahannya ialah nanozarah yang dihasilkan mempunyai saiz yang besar, sukar
dikawal dan menghasilkan bentuk yang tidak diingini. Selain itu penghasilan
nanozarah dengan teknik mekanikal dan ultrasonik tidak menghasilkan sub
bahagian yang banyak. Hal ini disebabkan kecenderungan zarah untuk berpadu
kembali kerana kesan daya mekanik yang terlibat.
Manakala teknik kimia mempunyai beberapa kelebihan
berbanding teknik mekanikal iaitu keperluan tenaga yang rendah dan pengawalan
saiz zarah yang lebih efisyen. Terdapat empat pendekatan utama dalam penyediaan
nanozarah dengan kaedah kimia iaitu yang pertama kaedah kimia dalam fasa
cecair, sol-gel dan pemendakan dari larutan homogen. Pendekatan
kedua ialah pirolisis, hakisan percikan (spark erosion), sintesis garam
lebur dan proses kimia di antara fasa heterogen termasuklah sintesis
hidroterma. Pendekatan seterusnya ialah proses kimia dalam droplet termasuk
emulsi, misel atau mikroemulsi dan aerosol. Manakala pendekatan keempat ialah
prekursor wap, prekursor cecair dan prekursor pepejal. Kaedah yang paling
menarik adalah sintesis dalam medium cecair, ini termasuklah pemendakan,
penurunan, penghidratan, teknologi misel songsang dan pempolimeran mikroemulsi
.
Penyelidikan nanozarah bersifat multidisiplin yang
melibatkan ahli fizik, kimia, saintis bahan, jurutera, ahli biologi dan saintis
perubatan. Penglibatan seperti ini dan perkembangannya yang pesat menjadikan
nanoteknologi antara isu terkini yang harus diambil perhatian samada oleh
saintis, jurutera, ahli ekonomi mahupun kerajaan agar tidak ketinggalan dalam
perlumbaan sains dan teknologi.
