Cette chronologie présente un exemple prémoderne de la nanotechnologie, ainsi que les découvertes de l’ère moderne et les jalons importants dans le domaine de la nanotechnologie.
Un exemple prémoderne de nanotechnologies
Les premiers exemples de matériaux nanostructurés étaient basés sur la compréhension empirique et la manipulation des matériaux par les artisans. L’utilisation de chaleur élevée était une étape courante dans leurs procédés pour produire ces matériaux aux propriétés inédites.
4ème siècle : La coupe Lycurgus (Rome) est un exemple de verre dichroïque ; l’or colloïdal et l’argent dans le verre lui donnent un aspect vert opaque lorsqu’il est éclairé de l’extérieur mais rouge translucide lorsque la lumière brille à l’intérieur. La Coupe Lycurgus au British Museum, éclairée de l’extérieur (à gauche) et de l’intérieur.
IXe-XVIIe siècles : Les émaux brillants et brillants utilisés dans le monde islamique, et plus tard en Europe, contenaient des nanoparticules d’argent ou de cuivre ou d’autres nanoparticules métalliques.
VIe-XVe siècle : Les vitraux éclatants des cathédrales européennes doivent leurs riches couleurs aux nanoparticules de chlorure d’or et autres oxydes et chlorures métalliques ; les nanoparticules d’or ont également servi de purificateurs d’air photocatalytiques.
XIIIe-XVIIIe siècles : Les lames de sabre ” Damas ” contenaient des nanotubes de carbone et des nanofils de cémentite – une formulation d’acier à très haute teneur en carbone qui leur donnait force, résilience, capacité de tenir un tranchant tranchant et un motif de moiré visible dans l’acier qui donne leur nom aux lames.
Un sabre de Damas (photo de Tina Fineberg pour le New York Times). Image en microscopie électronique à transmission à haute résolution de nanotubes de carbone dans un véritable sabre de Damas après dissolution dans l’acide chlorhydrique, montrant des restes de nanofils de ciment encapsulés par des nanotubes de carbone.
Celles-ci sont fondées sur des connaissances et des instruments scientifiques de plus en plus sophistiqués, ainsi que sur l’expérimentation.
Exemples de découvertes et de développements permettant la nanotechnologie à l’ère moderne
1857 : Michael Faraday a découvert l’or colloïdal “rubis”, démontrant que l’or nanostructuré dans certaines conditions d’éclairage produit des solutions de couleurs différentes.
1936 : Erwin Müller, travaillant au laboratoire de recherche Siemens, a inventé le microscope à émission de champ, permettant d’obtenir des images à résolution quasi atomique des matériaux.
1947 : John Bardeen, William Shockley et Walter Brattain des Bell Labs ont découvert le transistor semi-conducteur et ont considérablement élargi leurs connaissances scientifiques sur les interfaces des semi-conducteurs, jetant les bases des dispositifs électroniques et de l’ère de l’information.
1950 : Victor La Mer et Robert Dinegar ont développé la théorie et un procédé pour la croissance de matériaux colloïdaux monodispersés. La capacité contrôlée de fabriquer des colloïdes permet une myriade d’utilisations industrielles telles que les papiers spécialisés, les peintures, les films minces et même les traitements de dialyse.
1951 : Erwin Müller a été le pionnier du microscope ionique de terrain, un moyen d’observer la disposition des atomes à la surface d’une pointe métallique pointue ; il a d’abord imaginé des atomes de tungstène.
1956 : Arthur von Hippel, au MIT, a introduit de nombreux concepts et a inventé le terme ” ingénierie moléculaire ” appliqué aux diélectriques, ferroélectriques et piézoélectriques.
1958 : Jack Kilby de Texas Instruments est à l’origine du concept, de la conception et de la construction du premier circuit intégré, pour lequel il a reçu le prix Nobel en 2000. (Image à gauche.)
1959 : Richard Feynman du California Institute of Technology a donné ce qui est considéré comme la première conférence sur la technologie et l’ingénierie à l’échelle atomique, “There’s Plenty of Room at the Bottom” à une réunion de l’American Physical Society à Caltech.
1965 : Gordon Moore, cofondateur d’Intel, a décrit dans le magazine Electronics plusieurs tendances qu’il prévoyait dans le domaine de l’électronique. Une tendance aujourd’hui connue sous le nom de “loi de Moore”, décrit la densité des transistors sur une puce intégrée (CI) doublant tous les 12 mois (modifiée par la suite à tous les 2 ans). Moore a également constaté une diminution de la taille et des coûts des puces en raison de leur fonctionnalité croissante, ce qui a eu un effet transformateur sur la façon dont les gens vivent et travaillent. Le fait que la tendance fondamentale envisagée par Moore se poursuive depuis 50 ans s’explique en grande partie par la dépendance croissante de l’industrie des semi-conducteurs à l’égard de la nanotechnologie à mesure que les circuits intégrés et les transistors approchent des dimensions atomiques.1974 : Norio Taniguchi, professeur à l’Université des sciences de Tokyo, a inventé le terme nanotechnologie pour décrire l’usinage de précision des matériaux avec des tolérances dimensionnelles à l’échelle atomique.
1981 : Gerd Binnig et Heinrich Rohrer du laboratoire zurichois d’IBM ont inventé le microscope à effet tunnel, permettant aux scientifiques de “voir” (créer des images spatiales directes de) atomes individuels pour la première fois. Binnig et Rohrer ont remporté le prix Nobel pour cette découverte en 1986.
1981 : Le Russe Alexei Ekimov a découvert des points quantiques nanocristallins semi-conducteurs dans une matrice de verre et a mené des études novatrices sur leurs propriétés électroniques et optiques.
1985 : Les chercheurs de l’Université Rice Harold Kroto, Sean O’Brien, Robert Curl et Richard Smalley ont découvert le Buckminsterfullerène (C60), plus communément appelé le buckyball, une molécule ressemblant à un ballon de football en forme et composée entièrement de carbone, comme le graphite et le diamant. L’équipe a reçu le prix Nobel de chimie en 1996 pour son rôle dans cette découverte et dans celle de la classe des fullerènes en général.
1985 : Louis Brus, de Bell Labs, a découvert des nanocristaux semi-conducteurs colloïdaux (points quantiques), pour lesquels il a partagé le Prix Kavli 2008 en nanotechnologie.
1986 : Gerd Binnig, Calvin Quate et Christoph Gerber ont inventé le microscope à force atomique, qui a la capacité de visualiser, de mesurer et de manipuler des matériaux jusqu’à des fractions de nanomètre, y compris la mesure de diverses forces intrinsèques aux nanomatériaux.
1989 : Don Eigler et Erhard Schweizer du centre de recherche d’IBM à Almaden ont manipulé 35 atomes de xénon individuels pour épeler le logo IBM. Cette démonstration de la capacité de manipuler avec précision les atomes a ouvert la voie à l’utilisation appliquée de la nanotechnologie.
1990s : Les premières entreprises de nanotechnologie ont commencé à fonctionner, par exemple Nanophase Technologies en 1989, Helix Energy Solutions Group en 1990, Zyvex en 1997, Nano-Tex en 1998……
1991 : Sumio Iijima de NEC est crédité d’avoir découvert le nanotube de carbone (NTC), bien qu’il y ait eu des observations précoces de structures tubulaires en carbone par d’autres aussi. Iijima a partagé le prix Kavli en nanosciences en 2008 pour cette avancée et d’autres avancées dans le domaine. Les NTC, comme les buckyballs, sont entièrement composés de carbone, mais de forme tubulaire. Ils présentent des propriétés extraordinaires en termes de résistance, de conductivité électrique et thermique, entre autres.
1992 : C.T. Kresge et ses collègues de Mobil Oil ont découvert les matériaux catalytiques nanostructurés MCM-41 et MCM-48, aujourd’hui largement utilisés dans le raffinage du pétrole brut ainsi que pour l’administration de médicaments, le traitement des eaux et d’autres applications diverses.
Le MCM-41 est un nanomatériau de silice à “tamis moléculaire mésoporeux” avec une disposition hexagonale ou “en nid d’abeilles” de ses pores cylindriques droits, comme le montre cette image TEM (gracieuseté de Thomas Pauly, Michigan State University). Cette image TEM du MCM-41 observe les pores cylindriques droits perpendiculaires à l’axe d’observation (gracieuseté de Thomas Pauly, Michigan State University).
1993 : Moungi Bawendi du MIT a inventé une méthode de synthèse contrôlée des nanocristaux (points quantiques), ouvrant la voie à des applications allant de l’informatique à la biologie en passant par le photovoltaïque à haut rendement et l’éclairage. Au cours des années suivantes, les travaux d’autres chercheurs comme Louis Brus et Chris Murray ont également permis de mettre au point des méthodes de synthèse des points quantiques.
1998 : Le Groupe de travail interagences sur la nanotechnologie (GTII) a été formé sous l’égide du Conseil national des sciences et de la technologie afin d’étudier l’état de l’art de la science et de la technologie à l’échelle nanométrique et de prévoir les développements futurs possibles. L’étude et le rapport de l’IWGN, Nanotechnology Research Directions : Vision pour la prochaine décennie (1999) a défini la vision de la National Nanotechnology Initiative des États-Unis et a mené directement à sa création en 2000.
1999 : Les chercheurs de l’Université Cornell, Wilson Ho et Hyojune Lee, ont exploré les secrets de la liaison chimique en assemblant une molécule[fer carbonyl Fe(CO)2] à partir de composants constitutifs[fer (Fe) et monoxyde de carbone (CO)] avec un microscope tunnel à balayage. (Image à gauche.)
1999 : Chad Mirkin, de l’Université Northwestern, a inventé la nanolithographie au stylo-plume® (DPN®), qui permet la fabrication et la reproductibilité de circuits électroniques ainsi que la structuration de biomatériaux pour la recherche en biologie cellulaire, la nanoencryption et autres applications.
Progression des étapes consistant à utiliser une pointe de microscope à effet tunnel pour “assembler” une molécule de fer carbonylé, en commençant par des molécules de Fe (fer) et de CO (monoxyde de carbone) (A), en les reliant pour produire FeCO (B), puis en ajoutant une deuxième molécule de CO (C), pour obtenir la molécule FECO2 (D). (H.J. Lee, W. Ho, Science 286, 1719[1999]).
1999-début 2000 : Des produits de consommation faisant appel à la nanotechnologie ont commencé à faire leur apparition sur le marché, notamment des pare-chocs d’automobile légers qui résistent aux chocs et aux éraflures grâce à la nanotechnologie, des balles de golf qui volent plus droit, des raquettes de tennis qui sont plus rigides (donc qui rebondissent plus rapidement), des bâtons de baseball plus souples et plus ” kick “,”chaussettes antibactériennes nano-argent, écrans solaires transparents, vêtements résistants aux rides et aux taches, cosmétiques thérapeutiques pénétrants, revêtements de verre inrayables, batteries rechargeables plus rapides pour les outils électriques sans fil et écrans améliorés pour téléviseurs, téléphones portables et caméras numériques.
2000 : Le président Clinton a lancé la National Nanotechnology Initiative (NNI) pour coordonner les efforts fédéraux en matière de R&D et promouvoir la compétitivité des États-Unis dans le domaine des nanotechnologies. Le Congrès a financé le NNI pour la première fois en 2001. Le sous-comité NSET du NSTC a été désigné comme le groupe interinstitutionnel responsable
2003 : Le Congrès a adopté la 21st Century Nanotechnology Research and Development Act (P.L. 108-153). La loi a jeté les bases légales de l’INN, établi des programmes, attribué les responsabilités des organismes, autorisé les niveaux de financement et favorisé la recherche sur des questions clés.
2003 : Naomi Halas, Jennifer West, Rebekah Drezek et Renata Pasqualin de l’Université Rice ont mis au point des nanocoquilles d’or qui, lorsqu’elles sont ” ajustées ” pour absorber la lumière proche infrarouge, servent de plateforme pour la découverte, le diagnostic et le traitement intégrés du cancer du sein sans biopsie invasive, chirurgie, radiothérapie ou chimiothérapie destructive systémique. 2004 : La Commission européenne a adopté la communication “Vers une stratégie européenne en faveur des nanotechnologies”, COM(2004) 338, qui propose d’institutionnaliser les efforts européens de R&D en nanosciences et nanotechnologies dans le cadre d’une stratégie intégrée et responsable, et qui encourage les plans d’action européens et le financement permanent de la R&D en nanotechnologies. (Image à gauche.)
2004 : La Royal Society de Grande-Bretagne et la Royal Academy of Engineering ont publié Nanoscience and Nanotechnologies : Possibilités et incertitudes préconisant la nécessité de s’attaquer aux problèmes potentiels de santé, d’environnement, de société, d’éthique et de réglementation associés à la nanotechnologie.
2004 : SUNY Albany a lancé le premier programme d’enseignement collégial en nanotechnologie aux États-Unis, le College of Nanoscale Science and Engineering.
2005 : Erik Winfree et Paul Rothemund du California Institute of Technology ont développé des théories pour le calcul basé sur l’ADN et “l’auto-assemblage algorithmique” dans lequel les calculs sont intégrés dans le processus de croissance des nanocristaux.
2006 : James Tour et ses collègues de l’Université Rice ont construit une voiture à l’échelle nanométrique faite d’oligo(phénylène éthynylène) avec des essieux alcynyliques et quatre roues sphériques en fullerène C60 (buckyball). En réponse à l’augmentation de la température, la nanocar s’est déplacée sur une surface dorée en raison de la rotation des roues du buckyball, comme dans une voiture classique. A des températures supérieures à 300°C, il se déplaçait trop vite pour que les chimistes puissent le suivre !
2007 : Angela Belcher et ses collègues du MIT ont construit une batterie lithium-ion avec un type commun de virus qui n’est pas nocif pour les humains, en utilisant un procédé peu coûteux et respectueux de l’environnement. Les batteries ont la même capacité énergétique et les mêmes performances énergétiques que les batteries rechargeables de pointe qui sont considérées pour alimenter les voitures hybrides rechargeables, et elles pourraient également être utilisées pour alimenter des appareils électroniques personnels.
2011 : Le Sous-comité du NSET a mis à jour le plan stratégique et la stratégie de recherche sur l’environnement, la santé et la sécurité du NNI, en s’appuyant sur les nombreux commentaires recueillis lors d’ateliers publics et de dialogues en ligne avec des intervenants du gouvernement, des universités, des ONG, du public et autres.
2012 : L’INN a lancé deux autres initiatives de premier plan en nanotechnologie, soit les nanocapteurs et l’infrastructure du savoir en nanotechnologie (ICN), ce qui porte le total à cinq INS.
2013 :
-L’INN entame la prochaine ronde de planification stratégique, en commençant par l’atelier des intervenants.
-Des chercheurs de Stanford mettent au point le premier ordinateur à nanotubes de carbone.
2014 :
-L’INN publie la mise à jour du Plan stratégique 2014.
-L’INN publie l’Examen d’étape 2014 sur la mise en œuvre coordonnée de la Stratégie de recherche sur l’environnement, la santé et la sécurité de 2011 de l’INN.