Sejarah Penemuan - Nanoteknologi

Wis watara 600 SM. wong padha gawé struktur nanotype, IE untaian sementit ing baja, disebut Wootz. Iki kedadeyan ing India, lan iki bisa dianggep minangka wiwitan sejarah nanoteknologi.

VI-XV c. Pewarna sing digunakake ing wektu iki kanggo nglukis jendhela kaca patri nggunakake nanopartikel klorida emas, klorida logam liyane, uga oksida logam.

IX-XVII ing. Ing pirang-pirang panggonan ing Eropah, "glitters" lan zat liyane diprodhuksi kanggo menehi cemlorot kanggo keramik lan produk liyane. Padha ngemot nanopartikel logam, paling asring salaka utawa tembaga.

XIII-xviii w. "Baja Damaskus" sing diprodhuksi ing abad iki, saka ngendi senjata putih sing misuwur ing donya digawe, ngemot nanotube karbon lan nanofibers cementite.

1857 Michael Faraday nemokake emas koloid warna ruby, karakteristik nanopartikel emas.

1931 Max Knoll lan Ernst Ruska mbangun mikroskop elektron ing Berlin, piranti pisanan kanggo ndeleng struktur nanopartikel ing tingkat atom. Sing luwih gedhe energi elektron, sing luwih cendhek dawa gelombang lan luwih gedhe resolusi mikroskop. Sampel ana ing vakum lan paling asring ditutupi film logam. Sinar elektron ngliwati obyek sing dites lan mlebu menyang detektor. Adhedhasar sinyal sing diukur, piranti elektronik nggawe maneh gambar sampel tes.

1936 Erwin Müller, makarya ing Laboratorium Siemens, nyipta mikroskop emisi lapangan, wangun paling gampang saka mikroskop elektron emisi. Mikroskop iki nggunakake medan listrik sing kuwat kanggo emisi lan pencitraan lapangan.

1950 Victor La Mer lan Robert Dinegar nggawe dhasar teori kanggo teknik njupuk bahan koloid monodisperse. Iki ngidini produksi jinis kertas khusus, cat lan film tipis ing skala industri.

1956 Arthur von Hippel saka Massachusetts Institute of Technology (MIT) nyipta istilah "rekayasa molekuler".

1959 Richard Feynman ceramah ing "Ana akeh kamar ing ngisor." Miwiti kanthi mbayangake apa sing dibutuhake kanggo pas karo Encyclopædia Britannica 24 volume ing pinhead, dheweke ngenalake konsep miniaturisasi lan kemungkinan nggunakake teknologi sing bisa digunakake ing tingkat nanometer. Ing kesempatan iki, dheweke nggawe rong penghargaan (sing diarani Feynman Prizes) kanggo prestasi ing wilayah iki - saben sewu dolar.

1960 Ing hadiah pisanan mbayari kuciwo Feynman. Dheweke nganggep yen terobosan teknologi bakal dibutuhake kanggo nggayuh tujuane, nanging nalika dheweke ngremehake potensial mikroelektronik. Sing menang yaiku insinyur William H. McLellan, 35 taun. Dheweke nggawe motor sing bobote 250 mikrogram, kanthi daya 1 mW.

1968 Alfred Y. Cho lan John Arthur ngembangake metode epitaksi. Iki ngidini tatanan lapisan monoatomik lumahing nggunakake teknologi semikonduktor - wutah saka lapisan siji-kristal anyar ing landasan kristal sing wis ana, duplikat struktur substrat substrat kristal ana. Variasi epitaksi yaiku epitaksi senyawa molekul, sing ndadekake bisa nyimpen lapisan kristal kanthi kekandelan siji lapisan atom. Cara iki digunakake ing produksi titik kuantum lan sing disebut lapisan tipis.

1974 Pambuka istilah "nanoteknologi". Iki pisanan digunakake dening peneliti Universitas Tokyo Norio Taniguchi ing konferensi ilmiah. Dhéfinisi fisika Jepang tetep dienggo nganti saiki lan kaya mangkene: "Nanoteknologi minangka produksi kanthi nggunakake teknologi sing ngidini kanggo nggayuh akurasi sing dhuwur banget lan ukuran sing cilik banget, yaiku. akurasi urutan 1 nm.

Visualisasi drop kuantum

80an lan 90 Periode pangembangan teknologi lithographic kanthi cepet lan produksi lapisan kristal ultrathin. Kaping pisanan, MOCVD (), minangka cara kanggo nyelehake lapisan ing permukaan bahan kanthi nggunakake senyawa organologam gas. Iki minangka salah sawijining metode epitaxial, mula jenenge alternatif - MOSFE (). Cara kapindho, MBE, ngidini deposisi lapisan nanometer banget tipis kanthi komposisi kimia sing ditemtokake kanthi tepat lan distribusi profil konsentrasi impurity sing tepat. Iki bisa amarga kasunyatan sing komponen lapisan diwenehake menyang substrat dening balok molekul kapisah.

1981 Gerd Binnig lan Heinrich Rohrer nggawe mikroskop tunneling scanning. Nggunakake gaya interaksi interatomik, sampeyan bisa njupuk gambar saka lumahing kanthi resolusi saka urutan ukuran atom siji, liwat agul-agul ing ndhuwur utawa ngisor permukaan sampel. Ing taun 1989, piranti iki digunakake kanggo ngapusi atom individu. Binnig lan Rohrer dianugerahi Bebungah Nobel Fisika taun 1986.

1985 Louis Brus saka Bell Labs nemokake nanocrystals semikonduktor koloid (titik kuantum). Iki ditetepake minangka area cilik spasi sing diwatesi ing telung dimensi kanthi hambatan potensial nalika partikel kanthi dawa gelombang sing bisa dibandhingake karo ukuran titik.

Sampul buku Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology dening C. Eric Drexler

1985 Robert Floyd Curl, Jr., Harold Walter Kroto, lan Richard Erret Smalley nemokake fullerene, molekul sing kasusun saka jumlah atom karbon sing genap (saka 28 nganti 1500) sing mbentuk awak kothong sing ditutup. Sifat kimia saka fullerene ing akeh babagan padha karo hidrokarbon aromatik. Fullerene C60, utawa buckminsterfullerene, kaya fullerene liyane, iku wangun allotropic karbon.

1986-1992 C. Eric Drexler nerbitake rong buku penting babagan futurologi sing popularize nanoteknologi. Pisanan, dirilis ing taun 1986, diarani Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology. Dheweke prédhiksi, antara liya, manawa teknologi mbesuk bakal bisa ngapusi atom individu kanthi cara sing dikontrol. Ing taun 1992, dheweke nerbitake Nanosystems: Molecular Hardware, Manufacturing, and the Computational Idea, sing uga prédhiksi yen nanomachines bisa ngasilake dhewe.

1989 Donald M. Aigler saka IBM nempatake tembung "IBM" - digawe saka 35 atom xenon - ing permukaan nikel.

1991 Sumio Iijima saka NEC ing Tsukuba, Jepang, nemokake nanotube karbon, struktur silinder berongga. Nganti saiki, nanotube karbon sing paling misuwur, tembok sing digawe saka graphene sing digulung. Ana uga nanotube non-karbon lan nanotube DNA. Nanotube karbon paling tipis ana ing urutan diameter siji nanometer lan bisa jutaan kaping luwih dawa. Dheweke duwe kekuatan tarik sing luar biasa lan sifat listrik sing unik, lan minangka konduktor panas sing apik banget. Sifat-sifat kasebut ndadekake bahan-bahan sing njanjeni kanggo aplikasi ing nanoteknologi, elektronik, optik, lan ilmu material.

1993 Warren Robinett saka Universitas North Carolina lan R. Stanley Williams saka UCLA mbangun sistem kasunyatan virtual disambung menyang scanning mikroskop tunneling sing ngidini pangguna kanggo ndeleng lan malah atom tutul.

1998 Tim Cees Dekker ing Universitas Teknologi Delft ing Walanda mbangun transistor sing nggunakake nanotube karbon. Saiki, para ilmuwan nyoba nggunakake sifat unik saka nanotube karbon kanggo ngasilake elektronik sing luwih apik lan luwih cepet sing nggunakake kurang listrik. Iki diwatesi dening sawetara faktor, sawetara sing mboko sithik diatasi, sing ing 2016 mimpin peneliti ing Universitas Wisconsin-Madison kanggo nggawe transistor karbon kanthi paramèter sing luwih apik tinimbang prototipe silikon sing paling apik. Riset dening Michael Arnold lan Padma Gopalan nyebabake pangembangan transistor karbon nanotube sing bisa nggawa kaping pindho saingan silikon.

2003 Samsung paten teknologi canggih adhedhasar tumindak ion perak mikroskopis kanggo mateni kuman, jamur lan luwih saka nem atus jinis bakteri lan nyegah panyebaran. Partikel perak wis dikenalake menyang sistem filtrasi sing paling penting ing perusahaan - kabeh saringan lan kolektor bledug utawa tas.

2004 British Royal Society lan Royal Academy of Engineering nerbitake laporan "Nanoscience and Nanotechnology: Opportunities and Uncertainties", njaluk riset babagan risiko potensial nanoteknologi kanggo kesehatan, lingkungan lan masyarakat, kanthi njupuk aspek etika lan hukum.

Model nanomotor ing gembong fullerene

2006 James Tour, bebarengan karo tim ilmuwan saka Universitas Rice, mbangun "van" mikroskopis saka molekul oligo (phenyleneethynylene), poros sing digawe saka atom aluminium, lan gembong digawe saka C60 fullerenes. Nanovehicle dipindhah liwat lumahing, dumadi saka atom emas, ing pangaribawa saka Tambah suhu, amarga rotasi fullerene "roda". Ndhuwur suhu 300 ° C, akselerasi banget nganti para ahli kimia ora bisa nglacak maneh ...

2007 Ahli nanoteknologi teknologi cocog karo kabeh "Perjanjian Lawas" Yahudi dadi area mung 0,5 mm.² wafer silikon dilapisi emas. Teks kasebut diukir kanthi ngarahake aliran fokus ion gallium menyang piring.

2009-2010 Nadrian Seaman lan kanca-kanca ing Universitas New York nggawe seri nanomounts kaya DNA ing ngendi struktur DNA sintetik bisa diprogram kanggo "ngasilake" struktur liyane kanthi wujud lan sifat sing dikarepake.

2013 Ilmuwan IBM nggawe film animasi sing mung bisa dideleng sawise digedhekake kaping 100 yuta. Iki diarani "Bocah lan Atom-Nya" lan digambar nganggo titik-titik diatomik ukuran sepersemilyar meter, yaiku molekul tunggal karbon monoksida. Kartun kasebut nggambarake bocah lanang sing pisanan main bal lan banjur mlumpat ing trampolin. Salah sawijining molekul uga nduweni peran minangka bal. Kabeh tumindak njupuk Panggonan ing lumahing tembaga, lan ukuran saben pigura film ora ngluwihi sawetara puluhan nanometer.

2014 Ilmuwan saka Universitas Teknologi ETH ing Zurich wis kasil nggawe membran keropos kurang saka siji nanometer kandel. Kekandelan materi sing dipikolehi liwat manipulasi nanoteknologi yaiku 100 XNUMX. kaping luwih cilik tinimbang rambute manungsa. Miturut anggota tim penulis, iki minangka bahan keropos paling tipis sing bisa dipikolehi lan umume bisa ditindakake. Iki kasusun saka rong lapisan struktur graphene rong dimensi. Membran punika permeabel, nanging mung kanggo partikel cilik, kalem mudhun utawa rampung njebak partikel luwih gedhe.

2015 Pompa molekul lagi digawe, piranti skala nano sing mindhah energi saka siji molekul menyang liyane, niru proses alami. Tata letak iki dirancang dening peneliti ing Weinberg Northwestern College of Arts and Sciences. Mekanisme kasebut kaya prosès biologis ing protein. Dikarepake yen teknologi kasebut bakal nemokake aplikasi utamane ing bidang bioteknologi lan obat-obatan, contone, ing otot buatan.

2016 Miturut publikasi ing jurnal ilmiah Nature Nanotechnology, peneliti ing Dutch Technical University Delft wis ngembangake media panyimpenan atom tunggal sing inovatif. Cara anyar kudu nyedhiyakake Kapadhetan panyimpenan luwih saka limang atus kaping luwih saka teknologi saiki digunakake. Penulis nyathet yen asil sing luwih apik bisa digayuh kanthi nggunakake model telung dimensi saka lokasi partikel ing papan.

Klasifikasi nanoteknologi lan nanomaterial

1. Struktur nanoteknologi kalebu:

• sumur kuantum, kabel lan titik, i.e. macem-macem struktur sing nggabungake fitur ing ngisor iki - watesan spasial partikel ing wilayah tartamtu liwat alangan potensial;
• plastik, struktur sing dikontrol ing tingkat molekul individu, amarga bisa, contone, kanggo entuk bahan kanthi sifat mekanik sing durung ana sadurunge;
• serat buatan - bahan kanthi struktur molekul sing tepat banget, uga dibedakake kanthi sifat mekanik sing ora biasa;
• nanotube, struktur supramolekul ing wangun silinder kothong. Nganti saiki, nanotube karbon sing paling misuwur, tembok sing digawe saka graphene sing dilipat (lapisan grafit monatomik). Ana uga nanotube non-karbon (contone, saka tungsten sulfida) lan saka DNA;
• bahan sing diremuk ing bentuk bledug, biji-bijian kasebut, contone, akumulasi atom logam. Perak () kanthi sifat antibakteri sing kuat digunakake ing wangun iki;
• nanowires (contone, salaka utawa tembaga);
• unsur sing dibentuk nggunakake litografi elektron lan metode nanolithography liyane;
• fullerenes;
• graphene lan bahan loro-dimensi liyane (borophene, graphene, hexagonal boron nitride, silicene, germanene, molibdenum sulfida);
• bahan komposit dikuatake karo nanopartikel.

lumahing nanolitographic

2. Klasifikasi nanoteknologi ing sistematika ilmu, dikembangake ing 2004 dening Organisasi Kerjasama Ekonomi lan Pembangunan (OECD):

• nanomaterials (produksi lan sifat);
• nanoprocesses (aplikasi skala nano - biomaterial kalebu bioteknologi industri).

3. Nanomaterials kabeh bahan kang ana struktur biasa ing tingkat molekul, i.e. ora ngluwihi 100 nanometer.

Watesan iki bisa ngarujuk marang ukuran domain minangka unit dhasar mikrostruktur, utawa ketebalan lapisan sing dipikolehi utawa disimpen ing substrat. Ing praktik, watesan ing ngisor iki sing digandhengake karo nanomaterial beda kanggo bahan kanthi sifat kinerja sing beda - utamane digandhengake karo tampilan sifat tartamtu nalika ngluwihi. Kanthi nyuda ukuran struktur bahan sing diurutake, bisa ningkatake sifat fisikokimia, mekanik, lan liya-liyane.

Nanomaterials bisa dipérang dadi papat klompok ing ngisor iki:

• nul-dimensi (titik nanomaterials) - contone, titik kuantum, nanopartikel perak;
• siji-dimensi - contone, kawat nano logam utawa semikonduktor, nanorod, serat nano polimer;
• rong dimensi - contone, lapisan nanometer saka jinis fase siji utawa multi-fase, graphene lan bahan liyane kanthi kekandelan siji atom;
• telung dimensi (utawa nanocrystalline) - kasusun saka domain kristal lan akumulasi fase kanthi ukuran urutan nanometer utawa komposit sing dikuatake karo nanopartikel.