නැනෝ පරිමාණ විද්‍යාවේ දී ගවේෂණය කෙරෙනුයේ 1-100 nm පරාසයේ ඇති පදාර්ථ පිළිබඳව ය. විශ්වාස කිරීමට නොහැකි තරම් වූ මෙම කුඩා පරිමාණයේ නව ද්‍රව්‍ය තැනීම නැනෝ තාක්ෂණය ලෙස හැඳින්වේ. මෙය නූතන විද්‍යා හා තාක්ෂණවේදයේ බෙහෙවින් පොළඹවාලන සුළු වූ ද, වේගයෙන් ඉදිරියට ගමන් කරන්නා වූ ද ක්ෂේත්‍රයකි. නැනෝ තාක්ෂණය යනු ජීව විද්‍යාවේ සිට අභ්‍යවකාශ යානා කර්මාන්තය දක්වා වූ විවිධාකාර භාවිත සහිත තාක්ෂණයකි.

නැනෝ තාක්ෂණයේ ඉතිහාසය

නැනෝ විද්‍යාව හා නැනෝ තාක්ෂණය යනු සොබාදහමට නව සංකල්ප නොවේ. නැනෝ තාක්ෂණය මත පදනම් වූ ස්වාභාවික සංසිද්ධි බොහෝ ඇත. කෙසේ වෙතත් නැනෝ තාක්ෂණය පිළිබඳ නූතන උනන්දුව අවදි කළ තැනැත්තා ලෙස ඇමරිකානු භෞතික විද්‍යාඥ රිචඩ් ෆෙයින්මාන් (Richard Feynman (1918-1988)) ගෞරවයට පාත්‍ර වේ. වර්ෂ 1959 දී "පතුලේ තව බොහෝ ඉඩ ඇත" නම් වූ ප්‍රසිද්ධ දේශනයේ දී ෆෙයින්මාන් විවිධ ද්‍රව්‍ය තැනීම සඳහා මෙවලම් ලෙස පරමාණු සහ අණු භාවිත කළ හැකි බවට වූ, විශ්වාස කළ නොහැකි තරම් සියුම් ලෝකයක් පිළිබඳව අනුමාන අදහසක් ඉදිරිපත් කළේය. වර්ෂ 1974 දී ජපන් ඉංජිනේරුවකු වූ මහාචාර්ය නොරියෝ ටනිගුචි (Norio Taniguchi) මෙම ක්ෂේත්‍රය "නැනෝ තාක්ෂණය" ලෙස නම් කළේය.

ඇත්ත වශයෙන් ම නැනෝ තාක්ෂණය ඉදිරියට ගමන් කළේ 1980 ගණන්වලදී ය. ඒ. ආචාර්ය කේ. එරික් ඩේ‍රක්ස්ලර් (Dr. K. Eric Drexler) නම් වූ නැනෝ තාක්ෂණ සුවිශේෂ වාදියා විසින් Engines of Creation: The coming Era of Nanotechnology නම් වූ ආන්දෝලනාත්මක පොත ප්‍රකාශයට පත් කළ පසු ය. ඉලෙක්ට්‍රෝන අණ්වීක්ෂය භාවිතය ජනප්‍රිය වනතුරු නැනෝ තාක්ෂණයේ නිසි පරිදි ඉදිරි ගමනක් නොවීය. නැනෝ පරිමාණයේ පරමාණු සහ අණු හැසිරවිය හැකි අණ්වීක්ෂ නිපදවනු ලැබුවේ ද මෙම දශකයේ දී ය.

ස්වාභාවික නැනෝ සංකල්ප

සොබාදහම විසින් නැනෝ පරිමාණයේ දේ නිර්මාණය කර ඇත. එවැනි දේ සහ ඒවායේ භාවිත පිළිබඳ අදහසක් ලබා ගැනීම සඳහා අපි 16.1 ක්‍රියාකාරකමෙහි නිරත වෙමු.

විසිරීමකින් හෝ ඇලී සිටීමකින් තොරව පත්‍රය මත ජල බිඳිති රෝල් වී යනු ඔබ දුටුවා ද? මෙයට හේතුව කුමක් විය හැකි ද?

ලෝටස් ආචරණය

නෙළුම් පත්‍ර මත ඇති ජලභීතික තත්ත්වය නිසා එහි ස්වයං පිරිසිදු වීමේ සංසිද්ධිය ලෝටස් ආචරණය ලෙස හැඳින්වේ. නෙළුම් පත්‍රය මත ඇතිවන මෙම ජලභීතික ස්වභාවයට හේතු වන්නේ එහි ඇති නැනෝ පරිමාණයේ අංශුවල සියුම් සැකසුම ය. මේ නිසා එම පත්‍රය මතට වැටෙන ජලය, දූවිලි හා ක‍ෂුද්‍රජීවීන් ස්වයංක්‍රීයව ඉවත් වේ. බත්කූරා වැනි කෘමීන්ගේ පියාපත්වල ද ලෝටස් ආචරණය දැකිය හැකි ය.

ස්වාභාවිකව තැනුණු නැනෝ ද්‍රව්‍ය

ජීවීන්ගේ ව්‍යුහමය හා කෘත්‍යමය තැනුම් ඒකකය වූ සෛලය තුළ සිදුවන කෘත්‍ය මේ සඳහා හොඳ නිදසුන් වේ (සෛලයේ තරම නැනෝ පරිමාණයේ නොවන බව සිහි තබා ගන්න). සෛලයක් තුළ ශ්වසනය, බහිස්ස්‍රාවය, පෝෂණය, වර්ධනය සහ ප්‍රභාසංශ්ලේෂණය වැනි නැනෝ පරිමාණයේ ජීව ක්‍රියාවලි අඛණ්ඩව සිදු වේ. එම ජීව කෘත්‍ය සඳහා විශේෂයෙන් අනුවර්තනය වූ ඉන්ද්‍රියිකා නැනෝ පරිමාණයේ යන්ත්‍ර ලෙස සැලකිය හැකි ය.

"නැනෝ" හැසිරීමට හේතුව ප්‍රමාණයේ වෙනසයි

පරමාණු හා අණු මට්ටමේ දී ද්‍රව්‍ය එකිනෙකට වෙනස් ලෙස හැසිරේ. පදාර්ථය එකම වුවත් එහි ප්‍රමාණය 100 nm හෝ ඊට අඩු වෙත්ම එම පදාර්ථයේ භෞතික හා රසායනික ගුණ සෑහෙන පමණ වෙනස් වේ. නිදසුනක් ලෙස නැනෝ පරිමාණයේ දී පදාර්ථයේ ප්‍රකාශ, යාන්ත්‍රික, විද්‍යුත් මෙන් ම, චුම්බක ගුණ වෙනස් වන අතර රසායනික ප්‍රතික්‍රියාශීලීතාව ද සැලකිය යුතු ලෙස වෙනස් වේ.

නිදසුන් :

• නැනෝ පරිමාණයේ දී කොපර් ලෝහය පාරදෘශ්‍ය වන අතර, රන් ලෝහය නැනෝ පරිමාණයේ දී, අංශුවල තරම හා හැඩය අනුව විවිධ වර්ණයෙන් දිස් වේ.
• රසායනිකව ප්‍රතික්‍රියාශීලී නොවන ලෝහයක් වන රන්, එහි අංශුවල තරම 100 nm ට වඩා අඩු වූ විට අධික ලෙස ප්‍රතික්‍රියාශීලී බවට පත් වේ.
• නැනෝ මට්ටමේ දී කාබන්, ප්‍රතිරෝධය රහිත සන්නායක ද්‍රව්‍යයක් බවට පත් කළ හැකි ය.
• කාබන් නැනෝ ද්‍රව්‍යවල ශක්තිය වානේවල ශක්තිය මෙන් කිහිප ගුණයක් වැඩි ය.

නැනෝ අංශුවල පෘෂ්ඨ වර්ගඵලය

නැනෝ පරිමාණයේ අංශු සතු සුවිශේෂී භෞතික හා රසායනික ගුණවලට ප්‍රධාන වශයෙන් හේතු වනුයේ එම ද්‍රව්‍ය ඒකක ස්කන්ධයක පෘෂ්ඨ වර්ගඵලය හා එකී අංශුවල තරම අතර අනුපාතය (A/V) සාපේක්ෂව ඉතා ඉහළ අගයක් ගනු ලැබීමයි.

නිදසුනක් ලෙස පැත්තක දිග 1 ජප වන රිදී ලෝහ ඝනකයක් සලකමු (16.9 රූපය). එහි පරිමාව 1 ජප3 වන අතර පෘෂ්ඨ වර්ගඵලය 6 ජප2 වේ. එම වර්ගඵලය චුයින්ගම් පටියක පෘෂ්ඨ වර්ගඵලයෙන් අඩකට සමාන වේ. පරිමාව 1 ජප3 වන රිදී ඝනකය පැත්තක දිග 1 mm වන කුඩා රිදී ඝනකවලින් ගොඩනැගුවේ නම් ඒ සඳහා අවශ්‍ය ඝනක සියල්ලේ වර්ගඵලය අභ්‍යාස පොතක පිටුවක වර්ගඵලයට සමාන වේ. පරිමාව 1 cm3(ඝන සෙන්ටිමීටර) වන ඝනකය පැත්තක දිග 1 nm වන ඉතා කුඩා රිදී ඝනකවලින් ගොඩනැගුවේ නම් ඒ සඳහා අවශ්‍ය ඝනක සියල්ලේ වර්ගඵලය පාපන්දු ක්‍රීඩා පිටියක වර්ගඵලයෙන් තුනෙන් පංගුවකට ආසන්න අගයකි. මෙලෙස කුඩා ද්‍රව්‍ය ස්කන්ධයක් විශාල පෘෂ්ඨ වර්ගඵලයක් ආවරණය කෙරෙන බව පැහැදිලි ය. එලෙස නැනෝ පරිමාණයේ කුඩා අංශු ලෙස එම ද්‍රව්‍ය පවතින විට දී එකී ද්‍රව්‍ය එක් විශාල ඒකකයක් ලෙස තිබිය දී දක්වනු ලබන රසායනික හා භෞතික ක්‍රියාකාරිත්වයට වඩා වෙනස් හා ප්‍රබල ක්‍රියාකාරිත්වයක් දක්වනු ලබයි.

නැනෝ පරිමාණය දැක ගන්නේ කෙසේ ද?

ඔබේ අතැඟිලි නැනෝමීටර මිලියන ගණනක් දිග ය. එබැවින් ඔබේ නිරාවරණ දෑතින් පරමාණු ඇහිඳ, ඒවා එහා මෙහා කිරීමට තැත් කිරීම හෝ සාමාන්‍ය ප්‍රකාශ අණ්වීක්ෂයකින් ඒවා දැක ගැනීමට තැත් කිරීම හෝ නිෂ්ඵල කාර්යයකි. එය 300 km ක් දිග ගෑරුප්පුවකින් ආහාර ගැනීමට තැත් කිරීමක් බඳු ය.

විද්‍යාඥයින් විසින් නැනෝ පරිමාණයේ දේ "දැකීමටත්" ඒවා හැසිරවීමටත් උපකාරී වන ඉලෙක්ට්‍රෝන අණ්වීක්ෂය තනා ඇත. එවැනි අණ්වීක්ෂ කිහිපයක් පහත දැක්වේ.

• ඉලෙක්ට්‍රෝන පරමාණුක බල අණ්වීක්ෂය (Atomic Force Microscope - AFM)
• පරිලෝකන සෝදිසි අණ්වීක්ෂය (Scanning Probe Microscope - SPM)
• පරිලෝකන උමං අණ්වීක්ෂය (Scanning Tunnelling Microscope - STM) 

නැනෝ ද්‍රව්‍ය

නැනෝ තාක්ෂණය හා ආශ්‍රිත වූ නවෝත්පාදන සඳහා මූලික පදනම වී ඇත්තේ නැනෝ ද්‍රව්‍යවල සුලබතාවයි.

කාබන් පදනම් කරගත් නැනෝ ද්‍රව්‍ය

සපයා ගත හැකි බොහෝ නැනෝ ද්‍රව්‍ය අතරින්, කාබන් මූලද්‍රව්‍ය පදනම් කරගත් නැනෝ ද්‍රව්‍ය ප්‍රධාන තැනක් ගනී. ඒවා දඬු ආකාර, පාපන්දු ආකාර හෝ තුනී තහඩු ආකාර විය හැකි ය.

කාබන්හි ස්වරූප

කාබන් මූලද්‍රව්‍ය එකිනෙකට වෙනස් ආකාර කිහිපයකින් පවතී. මිනිරන් හා දියමන්ති ඒ අතරින් ප්‍රධාන ආකාර දෙකකි.

ග්‍රැෆීන්

මිනිරන්වල ස්තර ආකාර ව්‍යුහයක් ඇත. මෙම ස්තරවලින් තනි ස්තරයක් වෙන් කර ගැනීමට විද්‍යාඥයන් දශක කිහිපයක් පුරාවට උත්සාහ කළහ. මැන්චෙස්ටර් විශ්වවිද්‍යාලයේ ඇන්ඩ්‍රි ගෙයිම් (Andri Geim) සහ කොන්ස්ටන්ටින් නොවොසෙලොව් (Constantin Novoselov) යන විද්‍යාඥයින් දෙදෙනා විසින් මිනිරන් බහු ස්තර ව්‍යුහයෙන් එක් ස්තරයක් ගලවා ගැනීමට සමත් වූ විට, එය විද්‍යාවේ සැලකිය යුතු ජයග්‍රහණයක් විය. මේ මහා නවෝත්පාදනය වෙනුවෙන් ඔවුන්ට 2011 වසරේ භෞතික විද්‍යාව සඳහා වූ නොෙබල් ත්‍යාගය හිමි විය. මෙම නවෝත්පාදනය සඳහා ඔවුන්ට අවශ්‍ය වූයේ මිනිරන් කැබැල්ලක් සහ ඇලවුම් පටියක් (Scotch tape) පමණකි. මෙය විද්‍යා ඉතිහාසයේ තවත් එක් සුවිශේෂී සිද්ධියක් ලෙස සැලකේ.

ග්‍රැෆීන් යනු 0.5 nm ගනකමින් යුත් තනි ස්තරයක මිනිරන් තහඩුවකි. ඉතා අධික පෘෂ්ඨ වර්ගඵලය නිසා එයට අනන්‍ය වූ ගුණ ඇත. එය අධික ලෙස සුනම්‍ය වන අතරම ඉහළ යාන්ත්‍රික ගුණ ද පෙන්වයි. එසේම එය අනපේක්ෂිත ඉලෙක්ට්‍රොනික සහ විද්‍යුත් ගුණ ද දක්වයි. එය වර්තමානයේ දී මෙන් ම අනාගතයේ දී ද ඉලෙක්ට්‍රොනික විද්‍යාවේ යෙදීම් සඳහා බහුලව භාවිත වනු ඇතැයි සැලකේ.

කාබන් නැනෝ නළ

ග්‍රැෆීන්වල තනි ස්තරයක් හෝ ස්තර කිහිපයක් රෝල් කළ විට කාබන් නැනෝ නළයක් තැනේ. තනි ග්‍රැෆීන් ස්තරයක් රෝල් කළ විට ලැබෙන නළය, තනි බිත්ති කාබන් නැනෝ නළයක් (Single Wall Carbon Nano Tube - SWCNT) ලෙස හැඳින්වේ. ස්තර කිහිපයක් රෝල් කළ විට ලැබෙන්නේ බහු ස්තර කාබන් නැනෝ නළයකි (Multi Wall Carbon Nano Tube - MWCNT).

ෆුලරීන්

තවත් නැනෝ කාබන් ආකාරයක් වන්නේ ෆුලරීන් (Fullerene) ය. ෆුලරීන් යනු කාබන් පරමාණු 60ක් පමණ පාපන්දුවක ආකාරයට සකස් වීමෙන් තැනුණු අණුවකි. එහි විෂ්කම්භය 1 nm ට ආසන්න වේ.

ෆුලරීන් අණුවක ආදර්ශයක් තැනීමට 16.4 ක්‍රියාකාරකමෙහි නිරත වෙමු.

නැනෝ ප්‍රමාණයේ සිදුරු සහිත සක්‍රිය කාබන්

පොල්කටු අඟුරු, දැව අඟුරු, ගල් අඟුරු හා පීට් ආදිය අමුද්‍රව්‍ය ලෙස යොදා ගෙන තාක්ෂණික ක්‍රම ආධාරයෙන් සකි්‍රය කාබන් නිපදවනු ලැබේ. මෙම සක්‍රිය කාබන්වල විශේෂත්වය නම් එහි නැනෝ පරිමාණයේ ජිද්‍ර පිහිටීමයි. මේ හේතුවෙන් සක්‍රීය කාබන්වල අධික පෘෂ්ඨ වර්ගඵලයක් ඇති වී තිබේ. සක්‍රීය කාබන් ග්රෑම් එකක පවතින පෘෂ්ඨ වර්ගඵලය 3000 m2(වර්ග මීටර) පමණ වේ. සක්‍රිය කාබන්වල පවතින ජිද්‍රවලට ඉහළ අධිශෝෂණ හැකියාවක් ඇත. මෙම අධිශෝෂණ හැකියාව නිසා පානීය ජලය පිරිසිදු කර ගැනීමට සහ අපජලයේ ඇති අපද්‍රව්‍ය ඉවත් කර ගැනීමට සක්‍රිය කාබන් භාවිත වේ.

වෛද්‍ය විද්‍යාව, කෘෂිකර්මය, ඉලෙක්ට්‍රොනික් විද්‍යාව, බහුඅවයවික, විලවුන් කර්මාන්තය, ආහාර, රෙදිපිළි ආදී විවිධ ක්ෂේත්‍ර සඳහා නැනෝ තාක්ෂණය යොදා ගැනේ.