Sajarah panemuan - Nanotéhnologi

Geus kira-kira 600 SM. jalma anu ngahasilkeun struktur nanotype, i.e. cementite untaian dina baja, disebut Wootz. Ieu lumangsung di India, sarta ieu bisa dianggap awal sajarah nanotéhnologi.

VI-XV c. Pewarna anu dipaké dina mangsa ieu pikeun ngalukis jandéla kaca patri ngagunakeun nanopartikel klorida emas, klorida logam séjén, kitu ogé oksida logam.

Abad IX-XVII Di loba tempat di Éropa, "glitters" jeung zat séjén dihasilkeun pikeun masihan caang ka keramik jeung produk lianna. Éta ngandung nanopartikel logam, paling sering pérak atanapi tambaga.

XIII-XVIII w. The "Damascus steel" dihasilkeun dina abad ieu, ti mana pakarang bodas kawentar dunya dijieun, ngandung nanotube karbon jeung nanofibers cementite.

1857 Michael Faraday manggihan emas koloid warna ruby, ciri nanopartikel emas.

1931 Max Knoll sareng Ernst Ruska ngawangun mikroskop éléktron di Berlin, alat munggaran anu ningali struktur nanopartikel dina tingkat atom. Langkung ageung énergi éléktron, langkung pondok panjang gelombangna sareng langkung ageung résolusi mikroskop. Sampel aya dina vakum sareng paling sering ditutupan ku pilem logam. Beam éléktron ngaliwatan objék diuji sarta asup ka detéktor. Dumasar kana sinyal anu diukur, alat éléktronik nyiptakeun deui gambar tina sampel tés.

1936 Erwin Müller, damel di Laboratorium Siemens, nyiptakeun mikroskop émisi lapangan, bentuk pangbasajanna mikroskop éléktron émisi. Mikroskop ieu ngagunakeun médan listrik anu kuat pikeun émisi médan sareng pencitraan.

1950 Victor La Mer sareng Robert Dinegar nyiptakeun yayasan téoritis pikeun téknik kéngingkeun bahan koloid monodisperse. Ieu diwenangkeun produksi jenis husus kertas, cét jeung film ipis dina skala industri.

1956 Arthur von Hippel ti Massachusetts Institute of Technology (MIT) nyiptakeun istilah "rékayasa molekular".

1959 Richard Feynman ceramah dina "Aya nyatu kamar di handap." Dimimitian ku ngabayangkeun naon anu diperlukeun pikeun nyocogkeun 24-volume Encyclopædia Britannica on pinhead a, anjeunna ngawanohkeun konsép miniaturization jeung kamungkinan ngagunakeun téknologi nu bisa dianggo dina tingkat nanometer. Dina kasempetan ieu, anjeunna ngadegkeun dua panghargaan (nu disebut Hadiah Feynman) pikeun prestasi di wewengkon ieu - unggal sarébu dollar.

1960 The payout hadiah kahiji kuciwa Feynman. Anjeunna nganggap yén hiji narabas téhnologis bakal diperlukeun pikeun ngahontal cita-Na, tapi dina waktu anjeunna underestimated poténsi microelectronics. juara éta 35 taun heubeul insinyur William H. McLellan. Anjeunna nyiptakeun motor anu beuratna 250 mikrogram, kalayan kakuatan 1 mW.

1968 Alfred Y. Cho jeung John Arthur ngamekarkeun métode epitaxy. Hal ieu ngamungkinkeun kabentukna lapisan monoatomik permukaan ngagunakeun téhnologi semikonduktor - tumuwuhna lapisan tunggal-kristal anyar dina substrat kristalin aya, duplicating struktur substrat kristalin aya. Variasi épitaksi nyaéta épitaksi sanyawa molekular, anu ngamungkinkeun pikeun neundeun lapisan kristalin kalayan ketebalan hiji lapisan atom. Metoda ieu dipaké dina produksi titik-titik kuantum sarta disebut lapisan ipis.

1974 Bubuka istilah "nanotéhnologi". Ieu mimiti dipaké ku Universitas Tokyo panalungtik Norio Taniguchi dina konferensi ilmiah. Definisi fisika Jepang tetep dianggo dugi ka ayeuna sareng disada sapertos kieu: "Nanotéhnologi mangrupikeun produksi nganggo téknologi anu ngamungkinkeun pikeun ngahontal akurasi anu luhur sareng ukuran anu alit pisan, nyaéta. akurasi urutan 1 nm.

Visualisasi tina serelek kuantum

80-an sareng 90-an Mangsa ngembangkeun gancang téhnologi lithographic jeung produksi lapisan ultrathin kristal. Anu kahiji, MOCVD (), nyaéta métode pikeun neundeun lapisan dina beungeut bahan maké sanyawa organologam gas. Ieu salah sahiji metodeu epitaxial, ku kituna ngaran alternatif - MOSFE (). Metodeu kadua, MBE, ngamungkinkeun déposisi lapisan nanométer anu ipis pisan kalayan komposisi kimia anu didefinisikeun sareng distribusi anu tepat tina profil konsentrasi najis. Ieu mungkin alatan kanyataan yén komponén lapisan disadiakeun pikeun substrat ku balok molekuler misah.

1981 Gerd Binnig sareng Heinrich Rohrer nyiptakeun mikroskop tunneling scanning. Ngagunakeun gaya interaksi interatomic, éta ngidinan Anjeun pikeun ménta hiji gambar tina beungeut cai kalawan resolusi tina urutan ukuran atom tunggal, ngaliwatan sabeulah luhur atawa handap beungeut sampel. Dina 1989, alat ieu dipaké pikeun ngamanipulasi atom individu. Binnig sareng Rohrer dilélér Hadiah Nobel Fisika taun 1986.

1985 Louis Brus of Bell Labs manggihan nanocrystals semikonduktor koloid (titik kuantum). Éta diartikeun salaku daérah leutik rohangan anu diwatesan ku tilu diménsi ku halangan poténsial nalika partikel anu panjang gelombangna sabanding sareng ukuran titik lebet.

Panutup buku Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology ku C. Eric Drexler

1985 Robert Floyd Curl, Jr., Harold Walter Kroto, jeung Richard Erret Smalley manggihan fullerenes, molekul diwangun ku hiji genap jumlah atom karbon (ti 28 nepi ka kira 1500) nu ngawangun awak kerung katutup. Sipat kimia fullerene dina sababaraha hal sami sareng hidrokarbon aromatik. Fullerene C60, atawa buckminsterfullerene, kawas fullerene séjén, mangrupa wangun alotrop karbon.

1986-1992 C. Eric Drexler medarkeun dua buku penting ngeunaan futurologi anu ngapopulérkeun nanotéhnologi. Anu kahiji, dirilis dina 1986, disebut Mesin Penciptaan: The Coming Era of Nanotéhnologi. Anjeunna ngaramalkeun, diantarana, téknologi masa depan bakal tiasa ngamanipulasi atom individu dina cara anu dikontrol. Dina 1992, anjeunna medalkeun Nanosystems: Molecular Hardware, Manufacturing, and the Computational Idea, anu dina gilirannana diprediksi yén nanomachines bisa baranahan sorangan.

1989 Donald M. Aigler of IBM nempatkeun kecap "IBM" - dijieun tina 35 atom xenon - dina beungeut nikel.

1991 Sumio Iijima ti NEC di Tsukuba, Jepang, manggihan nanotube karbon, struktur silinder kerung. Nepi ka ayeuna, nanotube karbon anu paling kawéntar, témbokna didamel tina graphene anu digulung. Aya ogé nanotube non-karbon sareng nanotube DNA. Nanotube karbon pangipisna aya dina urutan hiji nanométer diaméterna sareng tiasa jutaan kali langkung panjang. Aranjeunna gaduh kakuatan tensile anu luar biasa sareng sipat listrik anu unik, sareng mangrupikeun konduktor panas anu saé. Sipat ieu ngajantenkeun bahan anu ngajangjikeun pikeun aplikasi dina nanotéhnologi, éléktronika, optik, sareng élmu bahan.

1993 Warren Robinett ti Universitas Karolina Kalér jeung R. Stanley Williams ti University of California, Los Angeles ngawangun sistem kanyataanana maya numbu ka mikroskop tunneling scanning anu ngamungkinkeun pamaké pikeun nempo komo noel atom.

1998 Tim Cees Dekker di Delft University of Technology di Walanda ngawangun transistor anu ngagunakeun nanotube karbon. Ayeuna, para ilmuwan nyobian nganggo sipat unik tina nanotube karbon pikeun ngahasilkeun éléktronika anu langkung saé sareng langkung gancang anu ngirangan konsumsi listrik. Ieu diwatesan ku sababaraha faktor, sababaraha di antarana laun-laun diungkulan, anu dina 2016 dipingpin peneliti di Universitas Wisconsin-Madison nyieun transistor karbon jeung parameter hadé ti prototipe silikon pangalusna. Panalungtikan ku Michael Arnold jeung Padma Gopalan ngakibatkeun ngembangkeun transistor nanotube karbon nu bisa mawa dua kali arus pesaing silikon na.

2003 Samsung patén-patén téknologi canggih dumasar kana aksi ion pérak mikroskopis, anu ngancurkeun kuman, kapang sareng langkung ti genep ratus jinis baktéri sareng nyegah panyebaranna. Partikel pérak parantos diwanohkeun kana sistem filtrasi perusahaan anu paling penting - sadaya saringan sareng kolektor debu atanapi kantong.

2004 British Royal Society sareng Royal Academy of Engineering nyebarkeun laporan "Nanoscience and Nanotechnology: Opportunities and Uncertainties", nyauran panalungtikan ngeunaan résiko poténsi nanotéhnologi pikeun kaséhatan, lingkungan sareng masarakat, kalayan nganggap aspék etika sareng hukum.

Modél Nanomotor dina roda fullerene

2006 James Tour, sareng tim ilmuwan ti Universitas Rice, ngawangun "van" mikroskopis tina molekul oligo (phenyleneethynylene), sumbuna didamel tina atom aluminium, sareng rodana didamel tina fullerenes C60. Nanovehicle dipindahkeun ngaliwatan beungeut cai, diwangun ku atom emas, dina pangaruh kanaékan suhu, alatan rotasi fullerene "roda". Di luhur suhu 300 ° C, éta gancangan pisan sahingga kimiawan henteu tiasa ngalacak deui ...

2007 Ahli nanotéhnologi téknologi nyocogkeun sakabéh "Perjanjian Lama" Yahudi kana daérah anu ngan ukur 0,5 mm.² wafer silikon dilapis emas. téks ieu engraved ku ngarahkeun aliran fokus ion gallium onto piring.

2009-2010 Nadrian Seaman sareng kolega di Universitas New York nyiptakeun runtuyan nanomounts kawas DNA nu struktur DNA sintétik bisa diprogram pikeun "ngahasilkeun" struktur séjén kalawan wangun jeung sipat nu dipikahoyong.

2013 Élmuwan IBM nyiptakeun pilem animasi anu ngan ukur tiasa ditingali saatos digedékeun 100 juta kali. Disebut "The Boy and His Atom" sareng digambar ku titik-titik diatomik ukuran sapermilyar meter, nyaéta molekul tunggal karbon monoksida. Kartun éta ngagambarkeun budak lalaki anu mimiti maén bal teras luncat dina trampolin. Salah sahiji molekul ogé maénkeun peran bal. Sadaya aksi lumangsung dina permukaan tambaga, sarta ukuran unggal pigura pilem teu ngaleuwihan sababaraha puluhan nanométer.

2014 Élmuwan ti Universitas Téknologi ETH di Zurich parantos suksés nyiptakeun mémbran porous anu kandel kirang ti hiji nanometer. Ketebalan bahan anu dicandak ku manipulasi nanotéhnologi nyaéta 100 XNUMX. kali leuwih leutik batan bulu manusa. Numutkeun anggota tim pangarang, ieu bahan porous thinnest nu bisa diala sarta umumna mungkin. Ieu diwangun ku dua lapisan struktur graphene dua diménsi. Mémbran téh permeabel, tapi ngan ka partikel leutik, slowing handap atawa sagemblengna trapping partikel nu leuwih gede.

2015 Pompa molekul keur dijieun, alat skala nano nu mindahkeun énergi ti hiji molekul ka nu sejen, meniru prosés alam. Tata perenah dirancang ku peneliti di Weinberg Northwestern College of Arts and Sciences. Mékanismena ngingetkeun prosés biologis dina protéin. Diperkirakeun yén téknologi sapertos kitu bakal mendakan aplikasi utamina dina widang biotéhnologi sareng ubar, contona, dina otot buatan.

2016 Numutkeun publikasi dina jurnal ilmiah Nature Nanotechnology, peneliti di Walanda Téknis Universitas Delft geus ngembangkeun groundbreaking média panyimpen atom tunggal. Metodeu anyar kedah nyayogikeun dénsitas gudang langkung ti lima ratus kali langkung luhur tibatan téknologi anu ayeuna dianggo. Panulis nyatet yén hasil anu langkung saé tiasa dihontal nganggo modél tilu diménsi ngeunaan lokasi partikel dina rohangan.

Klasifikasi nanotéhnologi jeung nanomaterials

1. Struktur nanotéhnologi ngawengku:

• sumur kuantum, kawat jeung titik, i.e. rupa-rupa struktur anu ngagabungkeun fitur di handap ieu - watesan spasial partikel di wewengkon nu tangtu ngaliwatan halangan poténsial;
• plastik, struktur nu dikawasa dina tingkat molekul individu, hatur nuhun nu kasebut nyaéta dimungkinkeun, contona, pikeun ménta bahan mibanda sipat mékanis unprecedented;
• serat jieunan - bahan kalayan struktur molekular pisan tepat, ogé dibédakeun ku sipat mékanis mahiwal;
• nanotube, struktur supramolekul dina bentuk silinder kerung. Nepi ka ayeuna, nanotube karbon anu paling kawéntar, anu témbokna didamel tina graphene narilep (lapisan grafit monatomik). Aya ogé nanotube non-karbon (contona, tina tungsten sulfida) jeung DNA;
• bahan ditumbuk dina bentuk lebu, nu séréal nu, contona, accumulations atom logam. Pérak () mibanda sipat antibakteri kuat loba dipaké dina formulir ieu;
• kawat nano (contona, pérak atawa tambaga);
• elemen kabentuk ngagunakeun éléktron lithography jeung métode nanolithography séjén;
• fullerenes;
• graphene jeung bahan dua diménsi séjén (borophene, graphene, héksagonal boron nitride, silicene, germanene, molybdenum sulfida);
• bahan komposit diperkuat ku nanopartikel.

permukaan nanolitographic

2. Klasifikasi nanotéhnologi dina sistimatika élmu, dikembangkeun dina 2004 ku Organisasi pikeun Gawé sareng Pangwangunan Ékonomi (OECD):

• nanomaterials (produksi jeung sipat);
• nanoprocesses (aplikasi skala nano - biomaterial milik biotéhnologi industri).

3. Nanomaterials nyaéta sakabéh bahan nu aya struktur biasa dina tingkat molekular, i.e. teu ngaleuwihan 100 nanométer.

Wates ieu tiasa ngarujuk kana ukuran domain salaku unit dasar mikrostruktur, atanapi kana ketebalan lapisan anu dicandak atanapi disimpen dina substrat. Dina prakna, wates handap anu dikaitkeun kana nanomaterials béda pikeun bahan anu mibanda sipat kinerja anu béda - utamana pakait sareng penampilan sipat husus nalika ngaleuwihan. Ku cara ngurangan ukuran tina struktur maréntahkeun bahan, kasebut nyaéta dimungkinkeun pikeun nyata ngaronjatkeun physicochemical maranéhanana, mékanis, jeung sipat séjén.

Nanomaterials bisa dibagi kana opat golongan handap:

• enol diménsi (titik nanomaterials) - contona, titik-titik kuantum, nanopartikel pérak;
• hiji diménsi - contona, kawat nano logam atanapi semikonduktor, nanorod, serat nano polimérik;
• dua diménsi – contona, lapisan nanometer tina tipe fase tunggal atawa multi-fase, graphene jeung bahan séjén kalayan ketebalan hiji atom;
• tilu diménsi (atanapi nanokristalin) - diwangun ku domain kristalin sareng akumulasi fase kalayan ukuran tina ordo nanometer atanapi komposit anu diperkuat ku nanopartikel.