Comment la nanotechnologie a-t-elle progressé au fil des ans ?

La nanotechnologie existe sous des formes très primitives depuis le quatrième siècle.

La nanotechnologie est à la pointe du progrès technologique moderne. Elle se pose comme la technologie innovante qui permettra aux ordinateurs et aux transistors de suivre la tristement célèbre loi de Moore. Elle va également révolutionner la médecine et les traitements modernes.

La nanotechnologie moderne, plutôt la capacité de modifier soigneusement des atomes et des structures de la taille de nanomètres, est très différente des types de nanotechnologie du passé. Cependant, les nanotechnologies en tant que domaine d’innovation humaine existent depuis le 4e siècle après J.-C. environ.

Afin de mieux comprendre les nanotechnologies modernes et ce qui nous a empêchés de modifier les atomes et les molécules, revenons sur tous les progrès et les développements réalisés dans ce secteur au cours de l’histoire.

Les débuts de la nanotechnologie

Les premiers exemples de nanotechnologies utilisées par l’homme prennent la forme de matériaux innovants créés à des fins spécifiques. Le plus ancien exemple que nous ayons de nanoparticules utilisées dans la création matérielle d’un objet est celui de la Coupe de Lycurgue, qui remonte au 4e siècle. De l’or et de l’argent colloïdaux étaient entremêlés dans le verre de la coupe, ce qui lui permettait d’être vert et rouge opaque selon la source de lumière qui la frappait.

L’or et l’argent colloïdaux sont des nanoparticules encore utilisées aujourd’hui pour nombre de leurs propriétés bénéfiques. Cela dit, cette utilisation précoce des nanoparticules dans la conception des matériaux en verre s’est poursuivie sans grande innovation pendant les quelques centaines d’années qui ont suivi.

En grande partie, la plupart des innovations autour des nanoparticules ont été lentes, étant donné que les humains n’avaient aucun moyen facile d’examiner ces particules ou même de comprendre qu’elles existaient dans une plus large mesure.

Entre les premiers usages de la nanotechnologie et jusqu’au 17e siècle, les nanoparticules étaient utilisées dans les émaux céramiques, principalement sous la forme de nanoparticules d’argent ou de cuivre. Ces additifs donnaient aux émaux un lustre métallique qui ne pouvait être obtenu avec aucun autre émail de l’époque.

Durant cette longue période de développement, les artisans ont également acquis plus de connaissances en travaillant avec des matériaux qui contenaient des nanoparticules pour créer des couleurs riches dans les vitraux.

S’éloignant de la fragilité du verre et de la céramique, les nanoparticules ont été utilisées dans le développement des lames de Damas entre le 13e et le 18e siècle. Les artisans qui pliaient différentes couches d’acier ensemble dans le processus de fabrication de ces lames créaient sans le savoir des nanotubes de carbone, ce qui rendait les lames incroyablement solides tout en étant incroyablement légères.

Tous ces usages des nanotechnologies étaient principalement aux mains d’artisans qualifiés, créant les meilleurs matériaux du monde grâce à des procédés raffinés. Ce n’est qu’au milieu des années 1800 que le développement des nanotechnologies a réellement commencé à s’accélérer, en grande partie grâce à de nouvelles innovations.

Ce qui a fait entrer les nanotechnologies dans l’ère moderne

En 1857, un scientifique connu sous le nom de Michael Faraday a découvert pour la première fois de l’or colloïdal. Alors que l’or colloïdal avait été utilisé dans des matériaux pendant des siècles auparavant, c’était la première fois qu’il était isolé et observé pour produire différentes couleurs dans différentes conditions d’éclairage.

Il faudra cependant attendre 80 ans avant que quelqu’un puisse examiner directement ces nanoparticules.

En 1936, Erwin Müller a inventé le microscope à émission de champ au laboratoire de recherche de Siemens. Ce microscope a été le premier à permettre l’imagerie de matériaux à des niveaux proches de l’atome. Cela a marqué une étape importante vers la possibilité d’examiner les nanoparticules à l’échelle dans laquelle elles existent.

En 1950, deux chercheurs ont élaboré une théorie solide sur la manière de cultiver des matériaux colloïdaux en laboratoire. C’était la première étape pour pouvoir créer des nanomatériaux de manière contrôlée et déterminée. Finalement, cela a conduit à l’utilisation de matériaux colloïdaux dans les peintures, les films et le papier.

L’année suivante, cependant, en 1951, la découverte suivante au microscope a été faite pour influencer la recherche en nanotechnologie. Erwin Müller invente à nouveau un autre microscope, cette fois-ci le microscope ionique à champ. Celui-ci permettait d’obtenir des images de la façon dont les atomes étaient disposés, et a d’abord été utilisé pour obtenir des images des atomes de tungstène.

C’est peu après ces développements de microscopes atomiques que les ingénieurs ont découvert des moyens de manipuler les structures moléculaires. Arthur von Hippel était un chercheur du MIT qui a inventé le terme d’ingénierie moléculaire. Il a travaillé dans le domaine des diélectriques et d’autres petits dispositifs électroniques, en utilisant l’ingénierie moléculaire dans le développement des transistors.

L’invention de ces microscopes moléculaires a marqué le plus grand changement dans le développement des nanotechnologies. En 1958, le circuit intégré avait été inventé avec l’aide de la nanotechnologie. En 1959, Richard Feynman a donné le premier cours sur la technologie fonctionnant à l’échelle atomique, ce qui a historiquement marqué le début du développement des nanotechnologies.

Les deux premiers microscopes mis au point par Müller ont joué un rôle clé dans le lancement des premiers travaux sur les nanotechnologies, mais en 1981, Gerd Binnig et Heinrich Rohrer ont mis au point le microscope à effet tunnel et ont changé le domaine à jamais.

Ce microscope a été le premier à permettre aux scientifiques de voir des images d’atomes, ce qui a valu aux deux scientifiques le prix Nobel en 1986.

Plus tard, en 1986, Gerd Bennig, qui travaille maintenant avec Calvin Quate et Christoph Gerber, a inventé le microscope à force atomique, qui pouvait mesurer et manipuler des matériaux jusqu’à la taille d’une fraction de nanomètre. Cela signifiait que les ingénieurs et les scientifiques pouvaient désormais examiner les forces présentes dans les nanoparticules.

Tous ces développements au cours des 1500 dernières années ont conduit au point où, en 1989, Don Eigler et Erhard Schweitzer ont manipulé 35 atomes individuels pour la première fois dans l’histoire. Ils ont fait en sorte que les atomes épellent le logo IBM, marquant ainsi le début de l’utilisation de la nanotechnologie appliquée, ou la manipulation d’atomes spécifiquement à notre profit.

Le reste de l’histoire est l’Histoire. Après la mise au point de ces microscopes qui ont permis aux ingénieurs d’observer et de manipuler les nanoparticules, les nanotechnologies ont été placées sous les feux de la rampe, exactement ce dont l’homme était capable dans le domaine du développement technologique.

Aujourd’hui, les nanotechnologies sont à l’œuvre dans de nombreuses industries avec lesquelles nous interagissons étroitement tous les jours, des ordinateurs aux cosmétiques. Nous pouvons remercier les scientifiques à l’origine de ces premières inventions pour toutes les innovations nanotechnologiques qui ont eu lieu et celles qui ne manqueront pas d’avoir lieu.

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Source : Interesting Engineering – Traduit par Anguille sous roche