Нови материали: Наноматериали
Голяма част от нанонауката и много от нанотехнологиите се занимават с производство на нови или подобрени материали. Наноматериали могат да бъдат конструирани с техники „отгоре надолу“, при които се произвеждат много малки структури от по-големи части на материала – например чрез гравиране може да се направи интегрална схема върху повърхността на силициев микрочип.
Наноматериали могат да се изграждат и „отдолу нагоре“ – атом по атом или молекула по молекула. Единият начин това да се случи, е самостоятелно сглобяване, при което атомите или молекулите се самоподреждат според естествените си свойства. Например при производството на кристали за полупроводници се наблюдава самосглобяване вследствие на синтез на големи молекули. Вторият начин е инструментално подреждане на всеки атом или молекула поотделно. Въпреки че това „подреждане“ предлага много по-голям контрол при изработката на материал, в момента той е значително по-труден и неподходящ за индустриално приложение.
Преди 30 години е изобретен сканиращият тунелен микроскоп (СТМ)*, а четири години по-късно се появява и първият атомно-силов микроскоп (АСМ)**. Именно оттогава водят началото си нанонауката и нанотехнологията. Различните възможностти за сканиране на проби с тези микроскопи са в основата на много области на съвременните изследвания.
Модерните приложения на наноматериалите включват много тънки покрития (нанопокрития), които се използват например в електрониката или в областта на активните повърхности (напр. самопочистващи се прозорци). В повечето приложения нанокомпонентите са фиксирани или вградени в материала (напр. при импрегниране на бетонови повърхности), но в други се използват свободни наночастици – в козметиката или пилотни приложения за възстановяване на околната среда. Изключителната прецизност в производството води до значителни ползи в широк спектър от промишлени отрасли – производство на компоненти за информационни и комуникационни технологии, автомобилната и космическата промишленост и др.
* Сканиращият тунелен микроскоп (СТМ) е вид микроскоп, позволяващ да се изучават повърхности на атомно ниво. СТМ сондира плътността на състоянията в даден материал, като детектира тунелния ток. Съвременните СТМ имат разделителна способност от около 0,1 nm на ширина и 0,01 nm на дълбочина.
** Атомно-силов микроскоп (АСМ) е микроскоп с висока разделителна способност, основан на взаимодействието на сонда (тънко острие) с повърхността на изследвания образец. Това взаимодействие се изразява в привличане или отблъскване на сондата от повърхността, дължащо се на силите на Ван дер Ваалс. Чрез използването на специални остриета могат да бъдат изучавани електрическите и магнитните свойства на повърхностите. За разлика от сканиращия тунелен микроскоп, с помощта на АСМ могат да се изследват както проводящи, така и непроводящи повърхности. Освен това с АСМ може да се измерва и релефът на образец, потопен в течност, което позволява да се работи с органични молекули, включително ДНК. Пространствената разделителна способност на атомно-силовия микроскоп зависи от радиуса на кривината на острието и по вертикала достига атомарни размери, а по хоризонтала е значително по-голямо.