Nano Technology คืออะไร ?

Nano Technology เป็นความหมายที่เกิดขึ้นจากคำสองคำซึ่งนำมาผนวกกัน หากเราทำการวิเคราะห์ออกมาก็จะได้คำว่า "Nano" และคำว่า " Technology " คำแรก Nano หลายคนคงคุ้นเคยจากวิชาฟิสิกส์ อันหมายถึงคำอุปสรรคที่ใช้แทนค่าตัวเลข เศษหนึ่ง ส่วนหนึ่งพันล้าน ส่วนคำว่า Technology นั้นหมาย Seientific knowledge used in practical ways in industry และเมื่อนำมารวมกันแล้วจะได้ความหมายว่า ศาสตร์ที่ว่าด้วยการศึกษาระดับนาโน

ถ้าหากเรามีทองคำขนาดกว้าง ยาว สูง 1 เมตรทุกด้านแล้วตัดแบ่งออกเป็นก้อนเท่าๆ กัน 8 ก้อน ทองคำก้อนเล็กแต่ละก้อน ยังคง มีคุณสมบัติเช่นเดิม ยังคงมองเห็นเป็นทองเหลืองอร่ามเห็นประกายและมีน้ำหนักคงที่ตามสัดส่วนของขนาด มีความสามารถในการ นำไฟฟ้าและมีจุดหลอมละลายเช่นเดียวกับก้อนทองคำก่อนที่จะตัดแบ่งจากนั้นถ้าหากเราตัดแบ่งทองคำก้อนเล็กซอยย่อยลงไปอีกเรื่อยๆ จากขนาดความกว้าง ยาว สูงระดับเช็นติเมตรลงสู่ขนาดมิลลิเมตร และสู่ขนาดไมครอน ( 1 ในล้านของเมตร ) คุณสมบัติของทองก้อนจิ๋วยังคงไม่เปลี่ยนแปลงไปจากเดิม คุณสมบัติตคงที่เช่นนี้เป็นเหมือนกันทั้งหมดไม่ว่าวัตถุจะเป็นเหล็ก ตะกั่ว ทองแดง พลาสติก หรือน้ำแข็งแต่ถ้าเราเดินหน้าต่อไปตัดแบ่งก้อนทองจนถึงระดับนาโน ทุกอย่างจะไม่เหมือนเดิม เช่น สีของทอง จุดหลอมละลาย และคุณสมบัติอื่นๆ ทางเคมีความเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นขึ้นอยู่กับแบบแผนของปฎิกิริยาระหว่างอะตอมที่ประกอบกันขึ้นเป็นทองคำ เป็นปฏิกิริยาที่ ไม่อาจมองเห็นได้ในวัตถุขนาดใหญ่ ทองคำขนาดนาโนมีลักษณะและคุณสมบัติไม่เหมือนกับก้อนทองคำขนาดใหญ่การตัดแบ่งวัตถุ จนถึงระดับนาโนต้องใช้เครื่องมือชนิดพิเศษเป็นกระบวนการที่เรียกกันว่า การผลิตระดับนาโน ( Nanofabrication ) การตัดแบ่งวัตถุ ขนาดใหญ่ให้เล็กลงจนถึงระดับนาโนบางครั้งเรียกกันว่า การผลิตจากบนลงล่าง ( Top – Down nanofabrication ) ในทางตรงกันข้าม ถ้าเริ่มต้นจากการเรียงอะตอมแต่ละตัวประกอบขึ้นเป็นโครงสร้างนาโนเรียกกันว่า การผลิตจากล่างขึ้นบน ( Bottom – up nanofabrication ) สำหรับโครงสร้างนาโนของทองที่ถูกตัดแบ่งเรียกว่า หมุดควอนตั้ม ( Quantum dots ) หรือหมุดนาโน ( Nanodots ) เพราะมันมีลักษณะอย่างหยาบๆ เป็นเหมือนจุด โดยมีขนาดเสันผ่าศูนย์กลางอยู่ในระดับนาโนอันที่จริงกระบวนการผลิตระดับนาโน ไม่ใช่ของใหม่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการผลิตจุดนาโนของทองคำ ตัวอย่างได้แก่ แผ่นกระจกสีบานหน้าต่าง ของโบสถ์คริสต์ในยุคกลาง และยุควิกตอเรีย และภาชนะเครื่องเคลือบโบราณบางอย่าง ซึ่งผลิตโดยอาศัยหลักการที่ว่าคุณสมบัติของวัตถุในระดับนาโน แตกต่างไป จากคุณสมบัติของวัตถุในขนาดที่ใหญ่โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อนุภาคนาโนของทอง สามารถแสดงสีส้ัมม่วง แดงหรือเขียวได้โดยขึ้นอยู่กับ ขนาดถึงแม้ผู้คนในยุคนั้นจะทราบวิธีการอาจนำเทคนิควิธีการไปใช้กับการผลิตในรูปแบบอื่นๆ แต่ในปัจจุบันสิ่งเหล่านี้ไม่ได้เป็นปริศนา อีกต่อไป ในการทำความเข้าใจลักษณะอันแปลกประหลาดเหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์ด้านนาโน ต้องใช้หลักการหลายสาขารวมกันในการ อธิบายและศึกษา นักเคมีมุ่งเน้นศึกษาปฏิกิริยาในระดับโมเลกุลซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับขนาด นักฟิสิกส์ให้ความสำคัญกับคุณสมบัติของ สสารการเปลี่ยนแปลงและเงื่อนไขในการควบคุม วิศวกรให้ความสนใจต่อการนำโครงสร้างนาโน ไปใช้ประโยชน์บรรดาผู้เขี่ยวขาญ ด้านเคมี ฟิสิกส์ ชีววิทยา ไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกสัการแพทย์พยายามแสวงหาและใช้ประโยชน์จากองค์ความรู้ใหม่ ในลักษณะของการ ผสมผสานวิทยาการสาขาต่างๆ ซึ่งมีศักยภาพทั้งภาคอุตสาหกรรมการผลิต การแพทย์ สิ่งแวดล้อม จนถึงการเดินทางในห้วงอวกาศ

อิเล็กตรอน
อะตอมมีโครงสร้างประกอบด้วยนิวเคลียร์ซึ่งเป็นแกนกลางและมีประจุไฟฟ้าบวก รอบนอกของนิวเคลียสมีอิเล็กตรอน ซึ่งมีประจุ ไฟฟ้าลบวิ่งวนอยู่โดยรอบจำนวนตั้งแต่ 1 ตัวขึ้นไป นิวเคลียสประกอบด้วยอนุภาคโปรตอนและนิวตรอน แต่นิวตรอน เป็นอนุภาค ที่เกิดจากการรวมตัวกันของโปรตีนและอิเล็กตรอน ดังนั้นองค์ประกอบพื้นฐูานของสสารทั้งปวง จึงได้แก่อนุภาค 2 ชนิด ได้แก่ โปรตอนและอิเล็กตรอนอย่างไรก็ตาม ด้วยความก้าวหน้าทางวิทยาการทำให้เราพบอนุภาค พื้นฐานที่เป็นองค์ประกอบ แยกย่อยลงไปอีก เช่น ควาร์ก เฮดรอน และอนุภาคอื่นๆ ในตระกูลเดียวกัน แต่เรายังไม่มีความรู้จักคุ้นเคย อนุภาคเหล่านี้มากพอ ที่จะใช้ประโยชน์ ในนาโนเทคโนโลยี อิเล็กตรอนเพิ่งถูกค้นพบ ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 มีมวลน้อยกว่าอะตอมที่มีขนาดเล็ก ที่สุดประมาณ 2,000 เท่า มีประจุไฟฟ้าลบส่วนโปรตอนมีประจุไฟฟ้าบวก เมื่ออิเล็กตรอน 2 ตัวเข้าใกล้กันจะทำปฏิกิริยากันด้วยแรงแม่เหล็กไฟฟ้า การทำงานของ แรงชนิดนี้สามารถอธิบายได้ด้วยหลักการพื้นฐานที่เรียกกันว่า Coulomb's law ซึ่งระบุว่าแรงดึงดูดหรือแรงผลักระหว่างวัตถุที่มีประจุ สองอันจะเป็นสัดส่วนตามขนาดของประจุ และเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะทางระหว่างวัตถุทั้งสอง ดังนั้น อิเล็กตรอน สองตัวเมื่ออยู่ใกล้กันจึงเกิดแรงผลักให้ออกห่างจากกัน เนื่องจากมีประจุไฟฟ้าลบทั้งคู่ เหมือนกับแม่เหล็กที่หันขั้วเดียวกันเข้าหากัน แต่แรงผลักนั้นจะยิ่งมีกำลังน้อยลงถ้าระยะห่างระหว่างกันเพิ่มมากขึ้น อิเล็กดรอนจะปลีกตัวออกห่างจากกันจนกระทั่งอยู่ในระยะห่าง ที่แรงผลักไม่สามารถทำปฎิกิริยาได้เมื่ออิเล็กตรอนไหลในฐานะเป็นกระแสไฟฟ้าจะทิ้งช่องว่างไว้เบื้องหลัง ช่องว่างเหล่านี้เรียกว่า   “โฮล (Holes)” โฮลไม่ได้เป็นอนุภาคแต่เป็นบริเวณที่ว่างที่อิเล็กตรอนไหลไปสู่ และบริเวณที่ว่างเบื้องหลังเมื่ออิเล็กตรอนไหลออก ไปแล้ว ดังนั้นจึงถือว่าโฮลสามารถเคลื่อนที่ได้เช่นกัน โดยมีประจุไฟฟ้าเป็นบวกนอกจากสร้างให้เกิดกระแสไฟฟัาแล้ว อิเล็กตรอน ยังเกี่ยวข้องโดยตรงกับคุณสมบัติทางเคมีของอะตอมแต่ละตัว ซึ่งจะกล่าวถึงต่อไป

อะตอมและอิออน
เนื่องจากนิวเคลียสของอะตอมและอิเล็กตรอนมีประจุไฟฟ้าต่างกัน แรงแม่เหล็กไฟฟ้าจึงดึงดูดโครงสร้างเหล่านี้ของอะตอมไว้ด้วยกัน คล้ายกับแรงโน้มถ่วงดึงดูดดาวเคราะห์บริวารให้หมุนรอบดวงอาทิตย์ มวลเกือบทั้งหมดของอะตอมรวมตัวกันอยู่ในนิวเคลียสซึ่งเป็น ส่วนเล็กๆ ของอะตอม เช่น ในอะตอมไฮโดรเจน นิวเคลียสมีมวลถึง1,999 ใน 2,000 ส่วน และในอะตอมบางชนิดก็มีมวลในสัดส่วน ที่มากยิ่งกว่านี้อะตอมตามธรรมชาติมี 91 ชนิด โดยแต่ละชนิดมีขนาดประจุไฟฟ้าภายในนิวเคลียสแตกต่างกัน ประจุไฟฟ้าบวกใน นิวเคลียสจะมีจำนวนเท่ากับจำนวนโปรตอนที่อญ่ภายในนิวเคลียส ดังนั้นอะตอมที่เบาที่สุด (อะตอมของไฮโดรเจน) นิวเคลียสจึงมี ประจุไฟฟ้าเท่ากับ +1 ถัดไปเป็นอะตอมฮีเลียมที่นิวเคลียสมีประจุไฟฟ้า +2 และนิวเคลียสของอะตอมลิเทียมมีประจุไฟฟ้า +3 อะตอมตามธรรมชาติที่หนักที่สุดได้แก่ยูเรเนียม ซึ่งนิวเคลียสมีประจุไฟฟ้าเท่ากับ +92 สามารถดูรายละเอียดของอะตอมทั้งหมดได้ใน ตารางธาตุในอะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้า (ไม่มีประจุไฟฟ้า) จำนวนของอิเล็กตรอนจะสมดุลกับประจุในนิวเคลียส (จำนวนของโปรตอน) ซึ่งหมายความว่า อะตอมจะมีอิเล็กตรอน 1 ตัว ต่อโปรตอนในนิวเคลียส1 ตัว ดังนั้นจึงหมายความว่า ไฮโดรเจนมีอิเล็กตรอน 1 ตัว ฮีเลียมมี2 ตัว ลิเทียมมี 3 ตัว และยูเรเนียมมีอิเล็กตรอน 92 ตัว เนื่องจากอิเล็กตรอนจะรวมตัวกันอยู่ โดยรอบนิวเคลียส โดยทั่วไปอะตอมที่มีจำนวนอิเล็กตรอนมากกว่าจะมีขนาดใหญ่กว่าอะตอมที่มีอิเล็กตรอนน้อย แต่ถ้าจำนวน อิเล็กตรอนไม่เท่าประจุในนิวเคลียสหรือจำนวนของโปรตอน อะตอมนั้นจะมีประจุไฟฟ้าหรือเรียกว่าอิออน (ion) ถ้ามีอิเล็กตรอนมากกว่า โปรตอน อะตอมจะมีประจุไฟฟ้าลบ เรียกว่า อิออนลบ (negative ion) ในทางกลับกันถ้าอิเล็กตรอนน้อยกว่าโปรตอน อะตอมจะมี ประจุไฟฟ้าบวก เรียกว่าอิออนบวก (positive ion) ในขนาดนิวเคลียสที่เท่ากัน อิออนบวกมีขนาดเล็กกว่าอะตอมที่เป็นกลาง เพราะมี อิเล็กตรอนน้อยกว่า ขณะที่อิออนลบจะมีขนาดใหญ่กว่าอะตอมชนิดเดียวกันที่เป็นกลาง เพราะมีอิเล็กตรอนมากกว่าอะตอมทุกชนิด มีขนาดโดยเฉลี่ยประมาณ 0.1 นาโนเมตร อะตอมฮีเลียมมีขนาดเล็กที่สุดในบรรดาอะตอมที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติมีขนาด เกือบเท่า กับ 0.1 นาโนเมตร อะตอมยูเรเนียมมีขนาดใหญ่ที่สุดประมาณ 0.22 นาโนเมตร ถึงแม้อะตอมทุกชนิดจะมีขนาดเล็กกว่าระดับนาโน แต่ก็ถือว่าเป็นเขตแดนรอยต่อที่มีความสำคัญยิ่งอะตอมทั้ง 91 ชนิด เป็นองค์ประกอบพื้นฐานของทุกสรรพสิ่งที่เรารู้จักเปรียบได้กับ ตัวต่อหลากสีสัน หลากหลายขนาดที่สามารถต่อประกอบกันเข้าเป็นบ้าน กำแพง เป็นพื้นถนน หรือเครื่องบิน ลักษณะเช่นนี้เริ่มต้นขั้น ตอนแรกโดยการรวมตัวกันเป็นโมเลกุล

โมเลกุล
เมื่ออะตอมรวมตัวกันเป็นโครงสร้างที่มั่นคงเรียกกันว่าโมเลกุลอะตอม 91 ชนิดมีรูปทรงหยาบๆ เป็นทรงกลม ความแตกต่างอยู่ที่ขนาด และความสามารถในการทำปฏิกิริยาหรือยึดติดกับอะตอมตัวอื่นๆ อะตอมเหล่า นี้สร้างขึ้นเป็นโมเลกุลจำนวนมากมายหลายแบบ ที่เรารู้จักมีหลายล้านแบบ และในแต่ละปีมีการค้นพบโมเลกุลชนิดใหม่ๆ อีกนับร้อยชนิด การยึดติดกันของอะตอมมีหลากหลายแบบ แต่ทั้งหมดล้วนขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ระหว่างอิเล็กตรอนของแต่ละอะตอมหรืออิออนอิออนบวกจะดึงดูดอิออนลบด้วยแรงแม่เหล็กไฟฟ้าโดย เป็นไปตาม Coulomb's law การยึดติดกันและการแยกสลายของอะตอมเป็นปฏิกิริยาทางเคมีเนื่องจากอิเล็กตรอนทำหน้าที่ยึดอะตอม ให้ติดกัน ขณะที่การยึดติดและการแยกสลายของกลุ่มอะตอมเป็นปฏิกิริยาทางเคมีดังนั้นอิเล็กตรอนจึงมีส่วนสำคัญในการกำหนดคุณสมบัติ ทางเคมีของอะตอมและโมเลกุล ถ้าหากอิเล็กตรอนเปลี่ยนแปลงไป คุณสมบัติของอะตอมและโมเลกุลจะเปลี่ยนแปลงไปด้วย ตัวอย่างเช่น อะตอมของโซเดียมและคลอไรน์ ถ้าหากเราบริโภคเข้าไปในลักษณะที่แยกเป็นอะตอมแต่ละชนิดจะเป็นพิษต่อร่างกาย แต่เมื่อทั้งสองรวม ตัวกันเป็นโซเดียมคลอไรน์ (เกลือ) จะไม่เป็นพิษต่อร่างกายและมีรสชาติดีลักษณะการยึดติดกันของอะตอม หรือที่เรียกกันว่าพันธะทางเคมี (Bond) เป็นหัวใจสำคัญของนาโนเทคโนโลยี ทำให้อะตอมและอิออนรวมตัวกันสร้างเป็นโมเลกุลแบบต่างๆ นอกจากนี้โดยตัวของมันเอง ยังสามารถทาหน้าที่เป็นกลไกขนาดจิ๋ว เช่น บานพับ หรือแผ่นฝาหรือโครงสร้างสำหรับจักรกลในระดับนาโน สำหรับในระดับไมโค พันธะทางเคมีเป็นเพียงตัวสร้างวัตถุและปฏิกิริยาทางเคมี แต่ในระดับนาโน ที่ซึ่งโมเลกุลเองทำหน้าที่เป็นจักรกล ดังนั้นพันธะทางเคมีจึง เป็นกลไกส่วนหนึ่งของจักรกลด้วยโดยปกติแล้วกลุ่มโมเลกุลเดี่ยวขนาดเล็กจะปรากฏตัวในรูปของไอหรือหมอก แต่เมื่อรวมตัวกันแน่นเข้า โมเลกุลสามารถมีปฏิสัมพันธกับอะตอม อิออน หรือโมเลกุลตัวอื่นๆ โดยผ่านทางประจุไฟฟ้าและเป็นไปตาม Coulomb's law เช่นเดียวกับ ที่อะตอมมีปฏิสัมพันธ์กับอะตอม ด้วย กันเองดังนั้นถึงแม้ว่าโมเลกุลเดี่ยวของน้ำจะมีสถานะเป็นก๊าซที่ระดับอุณหภูมิปกติ แต่เมื่อโมเลกุลเหล่านี้รวมตัวกันหนาแน่นขึ้นสามารถแปรรูปเป็นหยดน้ำซึ่งเป็นของเหลวได้ และเมื่อของเหลวนี้มีอุณหฎมิเย็นลงต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียส ก็จะกลายเป็นน้ำแข็งซึ่งเป็นของแข็งไม่ว่าน้ำจะอยู่ในสถานะที่เป็นไอ ของเหลว หรือของแข็ง ล้วนประกอบด้วย โมเลกุลชนิดเดียวกัน แต่การเรียงตัวของโมเลกุลมีความแตกต่างโมเลกุลส่วนใหญ่มีคุณสมบัติเช่นนี้ เช่น คาร์บอนไดออกไซด์โดยปกติ อยู่ในสถานะของก๊าซ เมื่อโมเลกุลจำนวนมากรวมตัวกันเข้าจะกลายเป็นน้ำแข็งแห้ง ดังนั้นโมเลกุลจึงสามารถรวมตัวกันเข้าเป็นของแข็งได้ แต่โมเลกุลที่กล่าวถึงเหล่านี้มีขนาดเล็ก ประกอบด้วยอะตอมไม่ถึง 100 ตัว นาโนเทคโนโลยีมุ่งความสนใจไปที่โมเลกุลที่มีนาดใหญ่กว่านี้ เช่น โมเลกุลของโลหะ


โลหะและวัตถุชนิดอื่นๆ
ตามปกติแล้วศาสตร์แห่งวัสดุ ( Materials science ) แบบดั้งเดิมมุ่งศึกษาวัตถุ 3 ประเภทใหญ่ๆ ได้แก่ โลหะ โพลีเมอร์ และเซรามิกส์ วัตถุทั้ง 3 ประเภทนี้มีบทบาทในนาโนศาสตร์และนาโนเทคโนโลยีที่แตกต่าง กันอะตอมที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ 91 ชนิด โดยส่วนใหญ่มักรวมตัวกันเองระหว่างอะตอมขนิดเดียวกัน กระบวนการเช่นนี้สามารถสร้างโครงสร้างแบบโมเลกุลขนาดมหึมา ประกอบด้วยอะตอมนับพันๆล้านตัว ส่วนใหญ่โครงสร้างเหล่านี้จะมีความแข็ง เป็นประกาย แต่สามารถดัดแปลงรูปทรงได้ โครงสร้างเหล่านี้เรียกว่าโลหะ ในโครงสร้างของโลหะ อิเล็กตรอนบางตัวมีอิสระสามารถหลุดออกจากอะตอมและไหลไปตามก้อนโลหะ อิเล็กตรอนที่ไหลไปนี้ทำให้โลหะเป็นตัวนำกระแสไฟฟ้าได้ดีโลหะโดยส่วนใหญ่มีลักษณะสะท้อนแสงเป็นมันวาว เพราะเมื่อแสงกระทบ โลหะ แสงจะกระจายตัวออกไปเนื่องจากกระทบกับอิเล็กตรอนอิสระที่กำลังเคลื่อนที่ วัตถุบางอย่างประกอบด้วยอะตอมชนิดเดียวกัน ทั้งหมด แต่ไม่ใช่โลหะ วัตถุเหล่านี้มักประกอบด้วยอะตอมขนาดเล็ก ตัวอย่างเช่น กราไฟต์ ถ่าน เพขร กำมะถันเหลือง ฟอสฟอรัสแดง และดำ วัตถุเหล่านี้บางครั้งเรียกว่าฉนวน ( Insulator ) ซึ่งไม่เป็นตัวนำไฟฟ้า เพราะภายในโครงสร้างไม่มีอิเล็กตรอนอิสระที่ไหลเวียน และโดยทั่วไปมักไม่สะท้อนแสง ถึงแม้ว่าความสามารถในการสะท้อนแสงดูจะไม่สำคัญต่อนาโนเทคโนโลยีเท่าใดนัก แต่ความเป็นอิสระ ในการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในวัตถุมีความสำคัญพอสมควรเลยทีเดียวมาถึงโพลีเมอร์รูปแบบที่สามัญที่สุดของโพลีเมอร์ได้แก่พลาสติก บางครั้งเรียกกันว่า แม็กโครโมเลกุล ( macromolecules) เพื่อบ่งชี้ว่าเป็นโครงสร้างโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่มาก เมื่อเทียบกับขนาด มาตรฐานโดยทั่วไป ( แต่ก็ไม่ใหญ่พอที่มนุษย์จะมองเน็นได้ด้วยตาเปล่า ) โพลีเมอร์โดยส่วนใหญ่มีองค์ประกอบพื้นฐานเป็นคาร์บอน เพราะคาร์บอนมีคุณสมบัติที่โดดเด่นในการยึดติดกับอะตอมชนิดอื่นๆ โพลีเมอร์เป็นโมเลกุลเดี่ยวที่ก่อตัวจากการเรียงตัวแบบซ้ำๆ ของอะตอม ซึ่งเรียกแบบแผนโครงสร้างนี้ว่า โมโนเมอร์ ( monomer ) แต่โมเลกุลโพลีเมอร์หนึ่งตัวอาจประกอบด้วย ห่วงโซ่โมโนเมอร์หลายแบบโพลีเมอร์บางชนิดอาจมีโครงสร้างแบบไขว้ ( Crosslinked ) ซึ่งหมายความว่า ห่วงโซ่โมโนเมอร์ยึดติดกับ ห่วงโซ่ตัวอื่นด้วยพันธะทางเคมีระหว่างห่วงโซ่ โพลีเมอร์ที่มีโครงสร้างแบบไขว้จำนวนมากไม่เพียงแต่มีคุณสมบัติที่ไม่เป็นโลหะ แต่ยังมีความแข็งเพิ่มมากขึ้น เพราะมีโครงสร้างที่ยึดแน่นมากขึ้น นอกจากนี้โครงสร้างแบบห่วงโซ่ของโพลีเมอร์ยังอาจม้วนตัว พันกันเหมือนเสันสปาเก็ตตี้ ซึ่งทำให้โพลีเมอร์ทีคุณสมบัติอีกแบบหนึ่งที่แตกต่างออกไปกลายเป็นวัสดุที่ยืดหยุ่นเป็นเหมือนยางเรียกว่า amorphous polymers ตัวอย่างได้แก่ถ้วย polystyrene ซึ่งมีความยืดหยุ่นและเป็นฉนวนไฟฟ้า ส่วนโพลีเมอร์ที่มีโครงสร้างยึดติดกัน แน่นได้แก่ polyvinyl chloride หรือ PVC ซึ่งใช้ในการทำท่อน้ำและอุปกรณ์เครื่องใช้ต่างๆ ภายในบ้าน และด้วยคุณสมบัติที่เป็นฉนวน ไฟฟ้า เพราะอิเล็กตรอนไม่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระโพลีเมอร์ (พลาสติก) จึงถูกนำมาใช้เป็นเปลือกหุ้มสายไฟ นอกจากโพลีเมอร์ สังเคราะห์ที่สร้างขึ้นโดยมนุษย์ ยังมีโพลีเมอร์หลากหลายชนิดที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติและมีบทบาทสำคัญมากในโลกชีวภาพ เช่น โมเลกุลดีเอ็นเอ ซึ่งเป็นแหล่งเก็บข้อมูลทางพันธุกรรมโปรตีน และคาร์โบไฮเดรตจำพวกหนึ่ง เช่น แป้งและเซลลูโลส ซึ่งเราจะพิจารณาถึง บทบาทที่เกี่ยวข้องกับนาโนเทคโนโลยีในส่วนต่อไปโดยทั่วไปแล้วโพลีเมอร์จะไม่สามารถนำไฟฟ้า แต่มีความเป็นไปได้ที่เราจะสร้าง โพลีเมอร์สังเคราะห์ให้มีคุณสมบัตินำไฟฟ้าได้ ตรงจุดนี้มีดวามสำคัญยิ่ง เพราะโพลีเมอร์มีคุณสมบัติหลายอย่างที่เหนือกว่าโลหะ เช่น เบากว่า มีความยืดหยุ่นมากกว่า แต่ผลิตได้ง่ายและเสียค่าใช้จ่ายน้อย ดังนั้นโพลีเมอร์สังเคราะห์ชนิดพิเศษนี้ จึงแป็นหนึ่งในเป้าหมาย สำคัญของนาโนเทคในโลยี เพราะสามารถเข้าแทนที่โลหะได้ในอุปกรณ์เครื่องใช้ต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งใช้เป็นอุปกรณ์หลักในกลไก ระดับ โมเลกุลวัสดุประภทสุดท้ายที่ศาสตร์แห่งวัสดุแบบดั้งเดิมให้ความสนใจได้แก่เซรามิกส์หรือกระเบื้องเซรามิกส์ มักจะประกอบไปด้วย ออกไซด์ซึ่งเป็นโครงสร้างที่มีออกซิเจนเป็นองค์ประกอบ เซรามิกส์ประกอบไปด้วยอะตอมหลายชนิดที่แตกต่างกัน เคลย์ (ดินเหนียว/ดินขาว) ประกอบไปด้วยอะลูมินั่มออกไชด์เป็นส่วนใหญ่ ทรายประกอบด้วยซิลิคอนออกไซด์เป็นส่วนใหญ่ อิฐทนไฟประกอบ ด้วยแมกนีเซียม ซิลิคอนออกไซด์ นอกจากนี้ยังมีแคลเซียมออกไซด์ในกระเบื้องบางชนิด เซรามิกสัโดยทั่วไปไม่นป็นดัวนำไฟฟ้า เพราะอิเล็กตรอนไม่สามารถเคลื่อนไหวได้อย่างอิสระ (นอกจากบางชนิดเมื่ออยู่ในอุณหภูมิต่ำมากๆ จะกลายเป็นตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวด หรือซูเปอร์คอนดักเตอร์) เชรามิกส์มีความแข็งมาก แต่บางครั้งเปราะ เพิ่งเริ่มใช้เซรามิกในนาโนเทคโนโลยีได้ไม่นานนักแต่ก็แสดงให้เห็น ถึงศักยภาพที่สูงในหลายด้าน เช่น สามารถนำมาใช้สร้างกระดูกเทียมเราได้ทำความรู้จัก 3 สาขาหลักมาตรฐานของวัสดุศาสตร์ไปแล้ว แต่ท่านจะพบว่าเราไม่ได้เอ่ยถึงวัสดุอื่นๆ ที่คุ้นเคยกันดีและปรากฎอยู่ทั่วไป เช่น ไม้ ไฟเบอร์ ขนมปัง หรือไข่ วัสดุเหล่านี้มีโครงสร้าง ที่ไม่เป็นเนื้อเดียวสม่ำเสมอทั่วกันทั้งหมด มีองค์ประกอบหลายชนิดในเนื้อเดียวกัน และคุณสมบัติของวัสดุเหล่านี้เป็นทั้งคุณสมบัติของ องค์ประกอบแต่ละอย่างกับคุณสมบัติโดยรวมเมื่อองค์ประกอบมารวมกัน โครงสร้างเหล่านี้อาจมีประโยชน์ใช้งานได้ดีในงานวิศวกรรม แต่ส่วนใหญ่ไม่มีประโยชน์ในระดับนาโน