Med nano strukturer mener vi tredimensjonale enheter hvor minst en av dimensjonene har en størrelsesorden på 0,1 – 100 nanometer. En nanometer er en milliondels millimeter. Vi snakker altså om svært små størrelser. Har alle tre dimensjonen nano størrelse snakker vi om nano partikler. Dette er et nivå hvor strukturene er for store til å beskrives av enkle atommodeller, samtidig er de for små til å beskrives av klassiske teorier, slik som klassisk termodynamikk, klassisk elektromagnetisme eller Newtonsk fysikk. Det finnes fullt av nano partikler i naturen. Fenomener som er på nano nivå er så forskjellige som atomer, lysets bølgelengder og de fleste typer virus. Det betyr at nanoteknologi er aktuell innenfor svært ulike fagområder, slik som fysikk, kjemi, biologi, medisin og materialvitenskap for å nevne de mest aktuelle.
Det var først i 1978 at sveitseren Heini Rohrer og tyskeren Gerd Binning greide å fotografere nano strukturer etter å ha funnet opp tunnelmikroskopet en videreutvikling av elektronmikroskopet. For utviklingen av denne nye teknologien fikk de sammen med Ernst Ruska oppfinneren av det første elektronmikroskopet nobelprisen i fysikk i 1986.
Skanning tunnelmikroskop eller raster tunnelmikroskop, også kalt STM, virker på den måten at det oppstår en spenning mellom en metallnål, som oftest av wolfram, og det materialet en skal undersøke. Når nålen føres over med svært liten avstand over materialet, oppstår det en spenning mellom nålen og materialet. Styrken på den strømmen som oppstår også kalt tunnelstrøm, derav navnet på mikroskopet, vil variere med avstanden til materialet. Ved å føre nålen systematisk over materialet, også kalt skanning, kan en få et topografisk bilde av materialet. Ettersom strømmen består av elektroner som er vesentlig mindre enn et atom, kan et slikt mikroskop avbilde enkeltatomer og nano strukturer.
Forskere var senere i stand til å «plukke», manipulere og sette sammen enkeltatomer. Noe som la grunnlaget for kunstig fremstilte nano strukturer i form av nye materialer slik som superledere og forsterkede metaller, men også nye organiske strukturer. For eksempel er styrken på aluminium avhengig av «forurensninger» på nano nivå.
Dette var med på å skape grunnlaget for nano teknologi. Så hva er nanoteknologi og hva er det som gjør nano materiale så spesielt. Nanoteknologi betegner teknologi som har som formål å oppdage og lage nano strukturer.
Mange ulike teknologier
Nanoteknologi er imidlertid ikke bare én ting, det er en samlebetegnelse for mange ulike teknologier som kan brukes i alt fra elektronikk til matlaging.
Grunnen til den økte interessen for nanoteknologi er at mange eksisterende teknologier ved å anvendes på nano nivå får helt nye egenskaper, samtidig som det finnes et stort antall helt nye typer anvendelser på dette nivået.
Det mest interessante med nano strukturer er de har andre egenskaper enn når materien er større. De fleste materialer oppfører seg annerledes når de blir så små som noen titalls nanometer. Noen vanlige endringer er måten de absorberer eller reflekterer lys på, en annen hva slags elektriske ledningsegenskaper de har, en siste at de blir mye mer reaktive i kjemiske og biologiske prosesser ettersom overflaten blir større.
Poenget er at kjemiske og biologiske reaksjoner er bestemt av kontakt mellom overflatene i materiale. Det betyr at materialer på nano nivå er mye mer reaktive enn på mer vanlig nivå. Rent jern, for eksempel, ruster når det kommer i kontakt med oksygen. Men prosessen vil gå forholdsvis langsomt. Man vil normalt ikke kunne se at en spiker eller en skramme i lakken på en bil ruster. Det tar noen dager, uker eller måneder. Men hvis man har nano partikler av jern i en lufttett boks og slipper inn luft, så vil oksideringen skje så fort at det oppleves som en eksplosjon.
