تاریخچه نانو تکنولوژی 

مقدمه

این تاریخچه رد پای زمانی فعل و انفعالات تاریخ نانو تکنولوژی از زمان قرون وسطی تاکنون است . تفهیم اینکه نانوتکنولوژی چگونه اولین اثرات خود را بر زندگی بشریت گذاشت و اینکه از آن زمان تاکنون چگونه موجب زندگی بهتر و گشودن درهایی برای اکتشافات بیشتر بوده است .بشر بطور ناخودآگاه نانو تکنولوژی را حدود هزاران سال پیش بکار گرفته برای مثال برای ساختن فلزات و کائوچو سازی ، هر دوی این پدیده ها تکیه بر ویژگی های اتمی در اندازه های نانو دارد .

تاریخچه نانو قبل از قرن هجدهم

 1 ) دوره رومیها 30 قبل از میلاد تا 640 بعد از میلاد . 

کشفیات باستان شناسی روشنگر استفاده از ذرات نانو در تمدن آن زمان است یک محصول معروف از آن دوره به نام جام لیکورگوس (lycurgus ) در موزه بریتانیا در لندن نگهداری می شود . ماده اصلی این جام از شیشه است و تاریخ آن به قرن چهارم بعد از میلاد برمی گردد .( دارای بدنه برنزی با لبه های برجسته ) و آن چیزی که این جام را بی همتا می سازد این است که وقتی از بیرون به آن نور می تابد به رنگ سبز و هنگامی که تابش نور از درون است به رنگ قرمز در می آید . به نظر شما چه چیزی موجب این تغییر رنگ می شود ؟

مطالعات میکروسکوپی روشن نموده که شیشه این جام دارای ذرات نانو از جنس طلا و نقره است . این ذرات خواصی را بروز می دهند که از ذرات درشت موجود در آن متفاوت است . به احتمال زیاد خواص بی همتای این جام کهن رومی توسط پیشینیان خلق شده است .

2) دوران میانه 500-1450( شیشه های رنگی )

علی رغم نا آگاهی از دلیل آن ، در ساخت شیشه های رنگی در زمان های بسیار دور ازذرات نانو استفاده می شده است . رنگ سرخ یاقوتی بعضی از شیشه های رنگی به دلیل نانو ذرات طلا بدام انداخته شده در ماده زمینه آن می باشد . به همان ترتیب رنگ زرد پررنگ بدلیل نانو ذرات نقره است . اندازه متفاوت نانوذرات ،دلیل رنگ های الوان و متنوع بوده است . این مثال از تعویض خواص ظاهر شده در مواد ( در مورد رنگ ها ) در ذرات نانو کلیاتی از خواص این ذرات است . 

3) دوره رنسانس 1450-1600 ( سرامیک دروتا DERUTA ) 

دروتا و اُمبریا (Umbria )ظروف سفالین با رنگ آمیزی هنرمندانه در قرون 15 و 16 با بکار گیری اشکال ابتدایی از نانو تکنولوژی هستند . سرامیک دروتا با رنگین کمان های شورانگیز یا لعاب های متالیک که در قرون 15 و 16 در سراسر اروپا متقاضیان فراوان داشت . برای دستیابی به رنگهای طلایی و قرمزاز نانو ذراتی از فلز مس و نقره به اندازه پنج میلیونیوم متر استفاده می شد که در عوض پخش کردن نور از سطح اجسام موجب می گشت تا نور هایی با طول موج های متفاوت ساطع گردد که موجب بوجود آمدن حالت رنگین کمان یا متالیک می گشت .

قرن نوزدهم 

1) 1827 عکاسی

عکاسی یک مثال پیش پا افتاده از کاربرد نانو تکنولوژی است که بر اساس تولید ذرات نقره حساس به نور پایه گذاری شده است . فیلم عکاسی یک لایه نازک از ژلاتین حاوی نمکهای نقره و بنیانی از استات سلولز شفاف است . نور نمک های نقره ( تهیه شده از نانو ذرات نقره ) را تجزیه می کند در اواخر قرن 19 دانشمندان انگلیسی توماس وجوود (Thmoas Wedgwood) و سرهامفری دیوی(Sir Hamphry Davy ) توانستند عکسهایی با استفاده از نیترات و کلرید نقره بدست آورند اما عکس آنها پایدار نبود . اولین عکس موفقیت آمیز در 1927 توسط جوزف نیپس(Joseph Niepse ) - با بکار گیری موادی که موجب اجتماع نور می شد- تولید گشت . این عکس مستلزم 8 ساعت وقت برای اجتماع نور بود . نیپس با لوییس داگور(Louis Dagurre ) شریک شد . او چهار سال بعد در اثر حادثه ای مرد و داگور آزمایشات او را ادامه داد و در 1839 راهی برای گسترش صفحات عکاسی پیدا کرد . پروسه ای که بصورت شگفت آوری زمان تجمع نور را از 8 ساعت به یک ساعت کاهش داد او همچنین کشف کرد یک عکس را می توان بوسیله غوطه ور کردن آن در نمک پایدار کرد .

2) کشف کلوئید های طلا 1857 

گرچه کلمه "نانو" در آنزمان استفاده نمی شد اما میشل فارادی(Michael Faraday ) ( تولد 22دسامبر 1791 – وفات 25 آگوست 1867 ) اولین کلوئید های فلزی را در1856 کشف کرد . کلوئید ها ذراتی هستند که در یک محلول معلقند ( مابین ذرات حل شونده و آنهایی که در حلال رسوب می کنند . ) کلوئید های طلایی فارادی خواص الکترونیکی و شیمیایی مخصوصی داشتند و الآن بعنوان یکی از بهترین نانو ذرات فلزی شناخته شده اند . بنا به تشخیص بسیاری ، یکی از بهترین آزمایشگرها و شیمیست ها و فیزیسین هایی که تابحال بدنیا آمده دانشمند انگلیسی فارادی بوده که دارای تحصیلات ابتدایی بود و در 14 سالگی شاگرد یک صحاف کتاب بوده . در آنجا اوبه کارهای شیمی و فیزیک علاقه مند بود و بعد از شنیدن سخنرانی شیمیست معروف هامفری دیوی(humpherey Davy ) یادداشتهایی از سخنرانی دیوی را برایش ارسال می کند و به این ترتیب معاون دیوی در آزمایشگاه رویال در انسیتو لندن می شود . در سن 21سالگی بیش از 600 آزمایش توسط او انجام می گیرد . در 1856 او هنوز درانسیتو رویال لندن زندگی می کرده .

3)اهریمن مکسولی 1867

در آن هنگام جیمز مکسول آزمایشی را پیشنهاد کرد و طی آن نشان می داد موجودات بسیار ریز تحت عنوان اهریمن های مکسولی( Maxwell's Demon ) مولکولهای منحصر بفرد هستند .

قرن بیستم 

1 ) 1908 تئوری مـای (Mie) 

فیزیکدان آلمانی گوستاو مای نقش مؤثری در نانو تکنولوژی با طرح تئوری پراکندگی نور توسط ذرات داشت . او نشان داد که امواج کوتاه در پراکندگی نور مؤثر تر از امواج با طول موج بلند است . ما آسمان را آبی می بینیم چرا که مولکولهای هوا ( که بسیار ریز هستند.) در فاصله کوتاه نور را بیشتر در طول موج آبی می شکنند تا زرد یا قرمز چرا که نور آبی امواج کوتاه تری دارد . وقتی خورشید غروب می کند نسبت به وسط روز فاصله بیشتری از ما می گیرد ،در این مورد پراکندگی بیشتر توسط ذرات گرد و غبار صورت می گیرد . این ذرات هنوز اثر بیشتری بر امواج آبی دارد تا زرد و قرمز ، بنابراین نوری که هنوز شکسته نشده به ما می رسد که مخلوطی از رنگهای زرد و قرمز است . پس رنگ آسمان در هنگام غروب قرمز و زرد به نظر می رسد . 

تئوری مای به دانشمندان کمک کرد تا به این نتیجه برسند که اندازه ذرات مشخص کننده رنگی است که ما می بینیم . مای اندازه تعداد زیادی از ذرات را بوسیله تشخیص نورهایی که آنها را می شکند بدست آورد . برای اندازه گیری نانو ذرات و ذرات بزرگتر این تئوری مستلزم محاسبات هنگفتی است بنابر این تا حدود 20 سال پیش - که سوپر کامپیوتر ها توانمند شدند - بندرت بکار برده می شد . هم اکنون تئوری مای (بخوبی پیشرفت های اخیر دیگر ) به پژوهشگران کمک می کند تا اندازه نانو ذرات را محاسبه کنند .

2) اولین میکروسکوپ الکترونی 1931 

گرچه اولین میکروسکوپهای نوری حدوداً بعد از رنسانس پدید آمدند اما قادر به تشخیص اجسام کوچکتر از طول موج های قابل دید نبودند (7/0 تا4/0 نانومتر ) برای دیدن ذرات کوچکتر از آن دانشمندان مجبور به کنار زدن امواج نوری و استفاده ازمنبع نوری با یک طول موج واحد بودند . 

در 1931 دانشمند آلمانی ماکس نات و ارنست روسکا (Max Knot & Ernst Ruska ) یک مدل جدید از میکروسکوپ را اختراع کردند که در نهایت دری به روی دنیای "ریز" باز کرد .در میکروسکوپ الکترونی الکترونها در یک مکش شتاب داده می شوند تا طول موج آنها بینهایت کوچک یعنی حدود یک هزارم طول موج نور سفید گردد . پرتو های این الکترونهای سریع الحرکت برروی نمونه متمرکز می شوند نمونه بخشی از الکترونها را بلعیده و بخشی دیگر را پراکنده می کند .یک صفحه عکاسی حساس به الکترون این فعالیت ها را ضبط می کند و تصویری بوجود می آورد . در 1933 میکروسکوپ الکترونی قادر شد بر توانایی میکروسکوپ نوری پیشی بگیرد . این اولین پله مهم در پیشرفت تکنیک ها و ابزارهایی بود که منجر به پژوهش بر روی نانو ذرات شد .

3)میکروسکوپ الکترونی با زمینه یونی اروین مولر(Erwin Muller 1951 )

پیشرفت نانو تکنولوژی به پیشرفت ابزار دانشمندان وابسته بوده و است . اروین مولر پروفسور دپارتمان فیزیک دانشگاه ایالت پن نقش مهمی ایفا کرد وقتی به میکروسکوپ الکترونی با زمینه یونی دست یافت . برای اولین بار در تاریخ اتم های منحصر بفرد و ترتیب آنها در یک سطح قابل مشاهده شدند . برای این کار پروفسور مولر بعنوان اولین کسی که توانست اتم ها را ببیند مشهور شد . این اختراع نقطه تحولی در تاریخ ابزار علمی بود که می توانست نمونه را تا دو میلیون بار بزرگتر کند .

4) کشف DNA 1953 

یکی از نقاط تحول تاریخ علم در قرن بیستم کشف DNA بود حدود 1950 دانشمندان می دانستند که DNA (دئوکسی ریبو نوکلئیک اسید ) حامل اطلاعات ژنتیکی است . اما آنها نمی دانستند که آن چیست ، شبیه چیست یا چگونه کار می کند . در 1953 دکتر جیمز واتسون و پروفسور فرانسیس کریک ( Games Watson& Francis Cric )مقاله ای در نشریه نیچر منتشر کردند که ساختمان زنجیره دوگانه DNA را شرح می داد . آنها نشان دادند که وقتی سلول می خواهد تقسیم شود دو رشته DNA از هم جدا شده و هر نیمه مکمل خود را می سازد . این به این معنا است که DNA می تواند- بدون ایجاد تغییری در ساختمانش- همانند سازی کند . جیمز واتسون ، فرانسیس کریک ، روزالین فرانکلین و موریس ویلکنز (Mauris wilkins & Rusalind Franklin ) همگی نقش مهمی در کشف ساختمان DNA داشتند . متأسفانه فرانکلین قبل از سن 37 سالگی مرد و جایزه نوبل را دریافت نکرد . چند دهه بعد توانایی DNA در همانند سازی به دانشمندان اجازه داد تا بعضی مسائل را در مورد ذرات نانو شرح دهند .

5)پدیده تونلینگ( Tunneling 1958 )

در 1958 لئو ایساکی (Leo Esaki ) یک فیزیکدان ژاپنی که در شرکت سونی کار می کرد کشف کرد که الکترونها گاهی اوقات می توانند در میان یک سد پتانسیلی در اتصال نیمه رساناهای مخصوص تونلینگ شوند ،علی رغم آنکه در تئوری های ابتدایی این امر امکان ناپذیر بود . آنچه دکتر ایساکی توضیح داد مثالی بود از اینکه چگونه مواد در ذرات نانو توسط توانایی های پایین کنترل می شوند . بعنوان مثال آنها توسط فیزیک کوانتوم کنترل می شوند که فیزیک کلاسیک را مورد انتقاد قرار می دهد . این کشف به دیود های تونلی (که گاهی اوقات دیود های ایساکی خوانده می شود ) منجر شد که ترکیب مهمی از صفحات فیزیکی جامد است . دکتر ایساکی در 1973 نامزد دریافت جایزه نوبل شد . 

6) ریچارد فیمن(Richard Feynman1959 )

ریچارد. پی. فایمن فیزیکدان آمریکایی و استاد فیزیک انستیتو کالتک در سال1959 مقاله‌ای را دربارة قابلیت‌های فناوری نانو در آینده منتشر ساخت. باوجود موقعیت‌هایی که توسط بسیاری تا آن زمان کسب‌شده بود، ریچارد. پی. فاینمن را به عنوان پایه گذار این علم می‌شناسند. . فاینمن که بعدها در سال 1965جایزه نوبل را در فیزیک دریافت کرد در یک مهمانی شام که توسط انجمن فیزیک آمریکا برگزار شده بود، سخنرانی کرد و ایده فناوری نانو برای عموم مردم آشکار ساخت او معتقد بود که در اندازه بسیار کوچک فضای بسیار بزرگی وجود دارد .او معتقد بود که در آینده نزدیک انسان ها می توانند موتورهایی به اندازه یک سر سوزن بسازند . او سال 2000 را سال ورود به دنیای ریز نامید .او به حاضرین در جلسه قول داد به اولین کسی که بتواند دائرةالمعارف بریتانیکا را در بر نوک یک سوزن بنویسد یک هزار دلار جایزه خواهد داد . این جایزه را تام نیومن( Tom Newman) در 1985 دریافت کرد

7)فروفلویدها (Ferrofloides 1960)

پژوهشگران ناسا سعی در یافتن راهی برای کنترل مایعات در فضا داشتند آنها کشف کردند که ذرات مغناطیسی آهنی در اندازه نانو که دارای یک پوشش شیمیایی هستند ( یا سورفاکتانت ) که از مجتمع شدن بازداشته شده اند می توانند در روغن یا آب نهان شوند . به این ترتیب آنها توانستند مایع سیالی را که "سیال فلزی " نام گذاری شد توسط میدان مغناطیسی کنترل کنند . 

در روی زمین فروفلویدها در بلندگوها ودر دستگاه ها برای خنک نگهداشتن بخشهای داخلی مورد استفاده قرار می گیرند . آنها همچنین در ساخت کامپیوتر و ساخت نیمه رساناها به منظور درزگیری برای جلوگیری از نفوذ گرد و غبار استفاده می شوند . نانوتکنولوژیست ها درصدد هستند که از فروفلویدها برای اهداف مهمتر مثلاً برای ارتقاء سنسورهای کوچک یا در داخل بدن بعنوان داروهای زیستی ، برای کم کردن داروها ، جذب سمها استفاده کنند حتی امکان آن هست که فروفلویدها بتوانند به زدودن زباله های پرخطر کمک کنند .

8) سازماندهنده های زئولیتی (Zeolite 1960 )

یک زئولیت ماده متخلخلی برای غربالگری مولکولها است .برای اجازه دادن به برخی از مولکولها که از بعضی موانع عبور کنند یا تفکیک اجزای یک مخلوط . هر روزه زئولیت های جدیدی در حال شناسایی و اختراع شدن هستند . در 1960 چارلز پلاک و ادوارد راسینسکی (Charles Plank & Edward Rosinski )پروسه ای را جهت بکار گیری زئولیت ها برای سرعت بخشیدن به واکنش های شیمیایی به راه انداختند . پروسه آنها بر بکارگیری زئولیت ها در تفکیک مواد نفتی به بنزین و سایر فرآورده ها تکیه داشت . پژوهشگران کنونی بر روی طراحی کریستال های زئولیت در نانو ذرات کار می کنند با تنظیم اندازه منافذ نانوذرات آنها می توانند اندازه و شکل مولکولهایی را که می توانند عبور کنند کنترل کنند . در مورد محصولات بنزینی این تکنیک می تواند اینگونه معنا شود که ما می توانیم بنزین تمیزتر و بهتری از هر بشکه نفت بدست آوریم . 

9) قانون مور (Moore 1960 )

گوردون ای.مور (Gordon .A.Moore ) –مؤسس شرکت اینتل – در 1965 در مجله الکترونیک نوشت "تعداد ترانزیستورها در هر مدار بسته در هر سال دوبرابر گشته است . او پیش بینی کرده این روال برای 10 سال دیگر هم ادامه خواهد داشت . و این پیشگویی سریعاً دوبرابر خواهد شد . ( قانون مور ) در حقیقت پیچیدگی یک چیپ در هر سال به دوبرابر شدن ادامه داد تا خیلی بعد از 1975 . فقط در سال های اخیر سرعت دوبله شدن دامنه کمی کندتر شده و به دو برابر شدن در هر 18 ماه رسیده است . بسیاری از پژوهشگران معتقدند اختراعاتی که نانو تکنولوژی را بکار می گیرند و الکترونیک های مولکولی در آینده دقیقاً از قانون مور پیروی خواهند کرد .

10 ) نرم افزار سر جان پاپل ( Sir John Pople 1970 )

ریاضی یک علم پایه است و گسترش فرمول های ریاضی جدید بخش اصلی علم بوده و بعنوان یک علم پیچیده تر می گردد و اکنون فرمول های سریعتری مورد نیاز است . با توجه به قدرتمند تر شدن کامپیوتر ها در عصر جدید ، نرم افزار ها باید بتوانند در راستای آن قابل استفاده باشند . تاهمین اواخر فرمولهای ریاضی مورد نیاز برای محاسبه خواص مولکول ها بسیار پیچیده بود . در 1970 جان پاپل و گروه پژوهشی او گاشین(Gaussian ) مطرح کرد نرم افزاری که قادر است این محاسبات را سروسامان دهد . این نرم افزار پیشگام استفاده از کامپیوتر جهت پیش بینی رفتار های اتم ها و مولکول ها در حد ذرات نانو و همچنین توسعه محاسبات و ساخت برنامه های کامپیوتری است . دکتر پاپل نامزد دریافت جایزه نوبل در 1998 و در یافت جایزه ملکه الیزابت در 2003 شد .

11) اولین استفاده از از کلمه نانوتکنولوژی 1974

کلمه نانو تکنولوژی اولین بار توسط نوریو تانیگوچی (Norio Taniguchi ) از دانشگاه علوم توکیو بکار برده شد . او این کلمه را در ارتباط با " تکنوژی محصولات برای دستیابی به دقت بالا و بهترین اندازه ها بعنوان مثال دقیق ترین و عالی ترین در حد یک نانو متر " بکار برد .

12) الکترونیک مولکولی 1974 

درا947 چارلز و اما موریسون (Charles & Emma Morrison )پروفسور شیمی دانشگاه نورس وسترن مارک.ای.رتنرو ای .ایویرام ( Mark.A.Ratner & A.Aviram) پیشنهاد کردند که مولکول های منحصربفرد امکان دارد رفتار هایی از شیوه الکترون های پایه را نشان دهد . بنا براین به کامپیوتر ها این امکان را می دهد که توسط تبدیل مولکولهای منحصربفرد به ترکیبات حلقوی از پایین به بالا ساخته شوند . این کاربرد تئوریکی از نانو تکنولوژی خیلی پیش از اینکه عملی گردد فرموله شده بود اما تا 15 سال دیگر امکان بکارگیری عملی آن بوجود نیامده بود .رتنر بعنوان پدر علم الکترونیک قطعات مولکولی شناخته شد و برنده جایزه فیمن در 2001 در نانو تکنولوژی شد .

13 ) SERS 1977 

زمان بسیاری است که بعضی ابزارهای مورد نیاز در زمینه نانو تکنولوژی در دست ساخت است. بعنوان مثال اسپکتروسکوپی یک سری از تکنیک هایی است که در کنش و واکنش های نور با مواد برای بدست آوردن اطلاعاتی در مورد ویژگی ها و ساختمان مولکول های آنها مورد استفاده قرار می گیرد . سر کاندراسخارا ونکاتا رامن (Sir Kandrasekhara Venkata Raman ) ازدانشگاه کلکته موفق به دریافت جایزه نوبل در فیزیک در 1930شد، بخاطر کشف اینکه شکست نور در مواد مختلف می تواند برای بدست آوردن اطلاعاتی درمورد خواص مواد و ساختمان مولکولی و ترکیبات شیمیایی آنها مورد استفاده قرار گیرد . 

بعنوان یک تکنیک بسیار مهم اسپکتروسکوپی رامن توانایی عملکرد در ذرات نانو را نداشت . این تکنیک در 1960 با کشف لیزر از اهمیت زیادی برخوردار شد . اما تا هنگامی که ریچارد .پی ون داین(Richard.P.Van Duyne ) از دانشگاه نورس وسترن SERS را کشف نکرده بود (که بوسیله آن مطاله در سطح ذرات نانو امکانپذیر می شود ) هنوز کارآمد نبود . ون داین نتیجه گرفت که وقتی مولکول ها به سطحی که دارای پستی و بلندی به اندازه 50-100 نامتر است برخورد کند نیروی رامن یک میلیون برابر بزرگتر می شود . کشف SERS اسپکتروسکوپی رامن را از یک محدوده ی خیلی کوچک به یکی از حساس ترین تکنیک ها در مورد تمام اسپکتروسکوپی مولکولی ارتقاء داد . 

امروزه SERS در واکنش های شیمیایی مولکولها در الکترو شیمی،تجزیه،سنتز مواد و بیوشیمی مورد استفاده قرار می گیرد . هم اکنون حساسیت SERS بسیار بالاتر از زمانی است که مولکولهای منفرد مورد استفاده قرار می گرفتند . 

14) میکروسکوپ اسکنینگ تونلینگ 1981

در 1981 میکروسکوپ گذاره ( STM) توسط گرد بینیگ و هنریخ روهرر (Gerd Binning & Henrich Rohrer ) از آزمایشگاه پژوهشی IBM در زوریخ اختراع شد . این اختراع به داشمندان اجازه داد نه تنها مولکولهای کوچک ، اتمها و ذرات نانو را بررسی کنند بلکه آنها را کنترل نیز کنند . اسکن STM نوعی سوزن یا نشانگر است که حدود چند اتم بالای سطح نمونه قرار می گیرد . وقتی که جریان الکتریسیته برقرار می شود STM می تواند اختلافات جزئی در حرکت اتم ها را اندازه گیری کند . دراین راستا STM نقشه ای از سطح نمونه تهیه می کند . اطلاعات شامل یک فایل از جزئیات و عکس از سطح نمونه است که توسط کامپیوتر طراحی می گردد . STM به پژوهشگران کمک می کند تا اندازه ، شکل ، نقص و ناهنجاری مولکول ها را تشخیص دهند و به چگونگی واکنشهای شیمیایی با نمونه مورد نظر پی ببرند . STM بسرعت جزو تجهیزات استاندارد آزمایشگاههای سراسر دنیا شد .کارهای بینینگ و روهررمنجر به دریافت جایزه نوبل توسط ارنست روسکا (Ernst Ruska ) در1986 شد .کسی که اولین میکروسکوپ الکترونی را بنیان نهاد .

15) باکی بال (Buckyball 1985 )

پیشرفت غیر منتظره دیگرنانو تکنولوژی در 1985 به وقوع پیوست وقتی که ریچارد اسمالی و روبرت کورل (Richard Smalley & Robert Curl ) و دانشجویی از دانشگاه رایس به نام جیمز هیس (James Heath) و سر هری کروتو ( Sir Harry Kroto ) از دانشگاه ساسکس C60 ( کربنی باشکل قطعات نانو شبیه توپ فوتبال ) را کشف کردند . مولکولی منحصر به فرد با نام "باکمینیسترفلورن" پس از تصویری که مهندس و معمار آمریکایی باکمینیسترفلور ( کسی که گنبد ژئودسیک را طراحی کرده است . ) کشیده شد . البته بیشتر با عنوان باکی بال خوانده می شود . مولکولی بینهایت ناهموار، قادر به تحمل برخورد زیاد با فلزات و مواد دیگر با سرعت بیش از 20000 مایل در ساعت . شکل خاص و ناهمواری های بیش از اندازه آن می تواند امیدی برای بکار گیری در اتاقک های سوخت اتومبیل های آینده با قدرت بسیار باشد . همچنین پژوهشگران امید به استفاده از باکی بال در ساختمان داروهای آینده دارند . اسمالی ، کورل و کروتو موفق به دریافت جایزه نوبل شیمی در سال 1996 شدند. 

16)میکروسکوپ نیروی اتمی 1986 

اختراع گرگ بینیگ (Gerg Binnig ) و همکارش کریستف گربر(Christoph Gerber ) در IBM و سن جونز و کالوین گوت (San Jose & Kalvin Guate ) از دانشگاه استنفورد میکروسکوپ الکترونی یا AFM با بکار گیری یک پایه برای خواندن یک سطح بطور مستقیم ،مانند خواندن یک نوار کاست توسط ظبط صوت . میکروسکوپ الکترونی توسط گذران پایه - بانوک بسیارتیز بطوریکه انتهای آن فقط از یک اتم ساخته شده است – در بین یک سطح چند نانومتری نیروهای اتمی ، کششی بر پایه اعمال می کنند که توسط ترسیم نقشه توپوگرافیکال اتم به اتم اندازه گیری می شود . AFMعکس های3-D از توپوگرافی سطح یک شیئی همراه با جزئیات بسیار ریز( بیش از یک میلیون برابر) تولید می کند .

17)ترانزیستور تونلینگ تک الکترونی 1987 

در1985 دیمتری اورین و کنستانتین لیخارف (Dmitry Averin & Konstantin Likharev ) در دانشگاه مسکو ایده یک اختراع جدید بانام ترانزیستور SET را مطرح کردند . دو سال بعد تئودور فولتون و جرالد دولان(Theodore Fulton & Gerald Dolan ) در آزمایشگاه بل در آمریکا چنین طرحی را ساخت . در این ساختار ابتدا حرکات الکترونهای منفرد از میان ذرات نانو قابل کنترل شد . سیستم الکترون منفرد براساس آنچه که تأثیر تونل نامیده می شود است . وقتی دو الکترون فلزی توسط یک سد جدا کننده به ضخامت یک نانومتر (تقریباً سه اتم در یک ردیف) جدا می شوند الکترونها قادر هستند در میان جدا کننده تونل شوند . حتی اگر تئوری های زیادی این موضوع را تأیید کنند در عمل غیر ممکن است . پژوهشگران روشن ساخته اند که گرچه ترانزیستور SET می تواند در وسایل الکترونی دیجیتالی مورد استفاده قرار گیرد ، اما اختلاف ولتاژهای احتمالی از یک سیستم به سیستم دیگر موجب اشکالات جزئی می شود . امروزه داشمندان در کارکرد در ذرات نانو تشخیص داده اند که چگونه می توانند بر این مشکل فائق آیند توسط متحد کردن تمام ترکیبات ترانزیستور SET در یک مولکول منفرد . این امکان وجود دارد که روزی مدارهای الکترونی امروزی براساس مولکول های منفرد طراحی گردند . 

18) کشف نقطه های کوانتوم 1988 

در ابتدای 1980 دکتر لوییس بروس (Dr.Louis Brus ) و تیم پژوهشگرانش در آزمایشگاه بل نقش قابل توجهی در زمینه نانوتکنولوژی ایفا کردند . هنگامی که آنها کشف کردند بلورهای نیمه رسانا در اندازه های نانو ساخته شده از جنس های مشابه بطور قابل ملاحظه ای رنگهای متفاوتی از خود نشان می دهند . این نانو کریستال های نیمه رسانا نقاط کوانتومی نامیده شدند و در نهایت این امر به درک تأثیرات محدود کوانتوم کمک کرد که ارتباط بین رنگ و اندازه این نانوکریستال ها را نشان می دهد. 

بر اساس اندازه فوق العاده کوچک آنها الکترونهای داخل نقاط کوانتومی رفتار های متفاوتی نشان می دهند . مخصوصاً الکترون هایی که بیش از حد در توده جسم نیمه رسانا محدود می شود . این نتایج در نقاط کوانتوم نور شدیدی با رنگ ویژه متساعد می کند ( وقتی که الکترون ها مابین سطوح مجزا نقل مکان می کنند) . اختلافات جزئی در اندازه نقاط کوانتوم ، انرژی الکترونها را متفاوت ساخته در نتیجه نوری که ساتع می شود متفاوت خواهد بود . دانشمندان دریافته اند چگونه اندازه این نقاط کوانتومی را برای ایجاد رنگهای متفاوت تغییر دهند . نقاط کوانتومی برای تولید مارکرهای بیولوژیکی و ابزارهای نوری پیشرفته با نام دیودهای ساتع کننده نور(LEDS ) بکار می روند . 

19) دست ورزی اتمی 1990 

با بکارگیری میکروسکوپSTM توسط پژوهشگران IBM ، دونالد ایگلر و ارهارد شویزر(Donald Eigler& Erhard Schweizer )آنها قادر بودند اتمهای منفرد گزنون Xe را بر روی یک سطح مرتب کنند . گرچه پروسه با زحمت و آرام پیش می رفت ، عکسهای دوباره نشان گذاری شده به پژوهشگران اجازه دادند که اتم های گزنون منفرد را با دقت ذرات نانو و نتایج قابل مشاهده را جاگذاری کنند. این عکس مشهور از دنیای اتمی در گالری عکس های میکروسکوپی IBM نسب شده است وکوشش های پیشینیان را برای بوجود آوردن ساختار یک اتمی ثابت می کند .

20) نانولوله های کربنی 1991 

سومیو لیجیما (Somio Ligima ) از NEC در ژاپن شکل جدیدی از کربن با نام لوله های نانو را کشف کرد که شامل تعدادزیادی لوله است که در کنار یکدیگر لانه گزیده اند .دوسال بعد از لیجیمتا ،دونالد بتون (Donald Bethune ) و دیگران در IBM آمریکا نانوتیوبهای تک دیواره با ضخامت 1-2 نانومتر را کشف کردند . نانو تیوب ها رفتاری شبیه فلزات یا نیمه رسانا داشتند اما می توانستند الکترونها را بهتر از مس و گرما را بهتر از الماس عبور دهند و جزو مواد مستحکم شناخته شدند .نانو تیوبها خواهند توانست نقش محوری در فعالیت های کاربردی داشته باشند و در نانو تکنولوژی باتوجه به ویژگی الکتریکی قابل ملاحظه و خواص مکانیکی آنها قابل بهره برداری گردند . 

21)بکارگیری DNA و کلوئید های طلا برای گردآوری مواد غیر آلی 1996 

از زمان کشف فارادی در خواص نوری و الکتریکی بی همتای کلوئیدهای طلا در 1857 ، پژوهشگران زمزمه هایی جهت به کنترل درآوردن این قابلیت سردادند . در 1996 پژوهشگران دانشگاه نورس وسترن ،چاد میرکین و رابرت لتسینگر (Chad Mirkin & Robert Letsinger ) راهی برای این امر کشف کردند آنها زنجیره های DNA سنتتیک را بر روی ذرات نانو طلا چسباندند .از زمانی که زنجیره های مکمل DNA همدیگر را تشخیص داده و متصل شدند ، DNA بعنوان یک بلوپرینت (کارگرساختمانی و جورکننده مواد ) بکار گرفته شد . توسط دستورزی DNA آنها توانستند موادی با همان خواص غیرعادی بعنوان بلوکهای ساختمانی نانوذرات بسازند .این پیشرفت قابل ملاحظه ای در معماری مواد غیرآلی نانوذرات بود .

22)پیشرفت نانوتکنولوژی دیپ- پن(Dip-Pen 1999 )

یکی از پیشرفت های اساسی در مجموعه ابزارهای نانو تکنولوژی دیپ-پن نانو تکنولوژی یا DPN بود. اختراع درسال1999 توسط چاد.ای.میرکن (Chad A.Mirkin ) پروفسور شیمی رتمن و مسئول انسیتو نانو تکنولوژی دانشگاه نورس وسترن .این فکر بر پایه یک قلم پر حدود400 سال پیش بنا نهاده شد. تیپ DPN با بکارگیری یک میکروسکوپ اتمی به پژوهشگران این امکان را داد که مواد شیمیایی ، ماکرومولکولهای بیولوژیکی ، فلزات و دیگر اشکال مولکولی را در ابعاد نانومتر و با دقت بالا نوشته یا رسم کنند . DPN شامل یک میلیون نوع مختلف و پروسه های موازی – بازگشایی درها به سوی نانوی معتبر- تکنیک های صنعتی برای اختراعات و مدار های الکترونی ساخته شده قابل اطمینان تر ، سریعتر ، باوزن کمتر و کوچکتر ، موادقابل ذخیره با فشردگی بالا و سنسورهای شیمیایی و بیولوژیکی است .

قرن بیست و یکم 

1) لیتوگرافی بازخورد – کنترل شده (FCL 2000)

FCL تکنولوژی است که به پژوهشگران این امکان را می دهد که میکروسکوپهای STM را برای ساخت ساختارهای قابل انتخاب بطور دقیق در ذرات نانو بکار گیرند . اختراع مارک هرسام (Mark Hersam) دانشگاه نورس وسترن و جوزف لیدینگ (Joseph Lyding ) دانشگاه ایلینو در اوربانا شامپاین . FCL توسط اولین پوشش یک لایه سیلیکون بوسیله هیدرژن ( با نام سیلیکون هیدرژنه مثبت ) انجام می گردد . با بکارگیری STM پژوهشگران می توانند از سطح نمونه های سیلیکون عکس گرفته یا آنرا ببینند . وقتی یک ولتاژ الکتریکی به نوک STM از یک منبع خارجی القا می گردد پیوند های سیلیکون هیدرژن شکسته می شوند . توسط کنترل کردن نوک STM اتمهای هیدرژن در ظرافت و دقت اتمی حرکت داده می شوند . این تکنیک امکان مطالعات بنیادی شیمی در سطح مولکول های منفرد را داده و باب ساختن نمونه های اولیه ابزارهای الکترونیک و دیگر ساختارها در ذرات نانو را گشوده است .

2) بنیان گذاری مؤسسه نانو تکنولوژی 2000

تلاش برای کارهای هماهنگ برروی ذرات نانو در نوامبر 1996 آغاز شد وقتی که اعضای کارکنان چندین آژانس فدرال تصمیم گرفتند ملاقات های منظم برای شرح نقشه ها و برنامه هایشان در ذرات نانو و نانو تکنولوژی داشته باشند .با تمام شدن 1998 این گروه ( هم اکنون گروه کارکنان اینتر آژانس در نانو تکنولوژی IWGN نامیده می شوند ) بر روی یافتن هنر علم و فن نانو و پیش بینی اختراعات آینده در آگوست 1999 تمرکز کردند . IWGN با اولین پیش نویس یک نقشه برای ابتکار در علم و فن نانو کامل کرد در نتیجه این کارها حکومت آنزمان علم و فن ذرات نانو را در برنامه بودجه سال 2000 قرار داد و به عنوان یک ابتکار جهانی در نانو تکنولوژی NNI شناخته شد .