Storja ta 'Invenzjonijiet - Nanoteknoloġija

Diġà madwar 600 QK. in-nies kienu qed jipproduċu strutturi tan-nanotipi, jiġifieri friegħi tas-simentite fl-azzar, imsejħa Wootz. Dan ġara fl-Indja, u dan jista 'jitqies bħala l-bidu tal-istorja tan-nanoteknoloġija.

VI-XV s. Iż-żebgħat użati matul dan il-perjodu għaż-żebgħa tat-twieqi tal-ħġieġ mtebbgħin jużaw nanopartiċelli tal-klorur tad-deheb, kloruri ta 'metalli oħra, kif ukoll ossidi tal-metall.

IX-XVII sekli F'ħafna postijiet fl-Ewropa, "glitters" u sustanzi oħra huma prodotti biex jagħtu tleqq liċ-ċeramika u prodotti oħra. Kienu fihom nanopartiċelli ta 'metalli, ħafna drabi fidda jew ram.

XIII-xviii w. L-"azzar ta 'Damasku" prodott f'dawn is-sekli, li minnu saru l-armi bojod famużi fid-dinja, fih nanotubi tal-karbonju u nanofibri tas-simentite.

1857 Michael Faraday jiskopri deheb kollojdali kulur rubin, karatteristika tan-nanopartiċelli tad-deheb.

1931 Max Knoll u Ernst Ruska jibnu mikroskopju elettroniku f'Berlin, l-ewwel apparat li jara l-istruttura tan-nanopartiċelli fil-livell atomiku. Iktar ma tkun kbira l-enerġija tal-elettroni, iktar ikun iqsar il-wavelength tagħhom u akbar tkun ir-riżoluzzjoni tal-mikroskopju. Il-kampjun huwa f'vakwu u ħafna drabi mgħotti b'film tal-metall. Ir-raġġ tal-elettroni jgħaddi mill-oġġett ittestjat u jidħol fid-ditekters. Ibbażat fuq is-sinjali mkejla, l-apparati elettroniċi jirrikreaw l-immaġni tal-kampjun tat-test.

1936 Erwin Müller, li jaħdem fil-Laboratorji Siemens, jivvinta l-mikroskopju ta 'emissjoni fuq il-post, l-aktar forma sempliċi ta' mikroskopju elettroniku ta 'emissjoni. Dan il-mikroskopju juża kamp elettriku qawwi għall-emissjoni tal-kamp u l-immaġini.

1950 Victor La Mer u Robert Dinegar joħolqu l-pedamenti teoretiċi għat-teknika tal-kisba ta 'materjali kollojdali monodispers. Dan ippermetta l-produzzjoni ta 'tipi speċjali ta' karti, żebgħa u films irqaq fuq skala industrijali.

1956 Arthur von Hippel tal-Massachusetts Institute of Technology (MIT) ħoloq it-terminu "inġinerija molekulari".

1959 Richard Feynman jagħti lekċers dwar "Hemm ħafna spazju fil-qiegħ." Ibda billi jimmaġina dak li jkun hemm bżonn biex titwaħħal Encyclopædia Britannica b'24 volum fuq pinhead, introduċa l-kunċett ta 'minjaturizzazzjoni u l-possibbiltà li jintużaw teknoloġiji li jistgħu jaħdmu fil-livell tan-nanometru. F'din l-okkażjoni, huwa stabbilixxa żewġ premjijiet (l-hekk imsejħa Premji Feynman) għal kisbiet f'dan il-qasam - elf dollaru kull wieħed.

1960 Il-ħlas tal-ewwel premju ddiżappunta lil Feynman. Huwa assuma li skoperta teknoloġika tkun meħtieġa biex jintlaħqu l-għanijiet tiegħu, iżda dak iż-żmien huwa sottovaluta l-potenzjal tal-mikroelettronika. Ir-rebbieħ kien l-inġinier William H. McLellan ta’ 35 sena. Huwa ħoloq mutur li jiżen 250 mikrogramma, b'qawwa ta '1 mW.

1968 Alfred Y. Cho u John Arthur jiżviluppaw il-metodu epitassija. Jippermetti l-formazzjoni ta 'saffi monoatomiċi tal-wiċċ bl-użu tat-teknoloġija tas-semikondutturi - it-tkabbir ta' saffi ġodda ta 'kristall wieħed fuq sottostrat kristallin eżistenti, li jidduplikaw l-istruttura tas-sottostrat tas-sottostrat kristallin eżistenti. Varjazzjoni ta 'epitassija hija l-epitassija ta' komposti molekulari, li tagħmilha possibbli li jiġu depożitati saffi kristallini bi ħxuna ta 'saff atomiku wieħed. Dan il-metodu jintuża fil-produzzjoni ta 'tikek quantum u l-hekk imsejħa saffi irqaq.

1974 Introduzzjoni tat-terminu "nanoteknoloġija". L-ewwel intuża mir-riċerkatur tal-Università ta 'Tokjo Norio Taniguchi f'konferenza xjentifika. Id-definizzjoni tal-fiżika Ġappuniża għadha tintuża sal-lum u tinstema’ hekk: “In-nanoteknoloġija hija produzzjoni li tuża teknoloġija li tippermetti li tinkiseb preċiżjoni għolja ħafna u daqsijiet estremament żgħar, i.e. preċiżjoni ta 'l-ordni ta' 1 nm.

Viżwalizzazzjoni ta 'qatra quantum

80 u 90 Il-perjodu ta 'żvilupp rapidu tat-teknoloġija litografika u l-produzzjoni ta' saffi ultrarqiqa ta 'kristalli. L-ewwel, MOCVD(), huwa metodu għad-depożitu ta 'saffi fuq il-wiċċ ta' materjali li jużaw komposti organometalliċi gassużi. Dan huwa wieħed mill-metodi epitassjali, għalhekk l-isem alternattiv tiegħu - MOSFE (). It-tieni metodu, MBE, jagħmilha possibbli li jiġu depożitati saffi tan-nanometru irqaq ħafna b'kompożizzjoni kimika definita b'mod preċiż u distribuzzjoni preċiża tal-profil tal-konċentrazzjoni tal-impurità. Dan huwa possibbli minħabba l-fatt li l-komponenti tas-saff huma fornuti lis-sottostrat permezz ta 'raġġi molekulari separati.

1981 Gerd Binnig u Heinrich Rohrer joħolqu l-mikroskopju tal-iskannjar tal-mini. Bl-użu tal-forzi tal-interazzjonijiet interatomiċi, jippermettilek tikseb immaġni tal-wiċċ b'riżoluzzjoni tal-ordni tad-daqs ta 'atomu wieħed, billi tgħaddi x-xafra 'l fuq jew taħt il-wiċċ tal-kampjun. Fl-1989, l-apparat intuża biex jimmanipula atomi individwali. Binnig u Rohrer ingħataw il-Premju Nobel għall-Fiżika tal-1986.

1985 Louis Brus ta 'Bell Labs jiskopri nanokristalli semikondutturi kollojdali (tikek kwantiċi). Huma definiti bħala żona żgħira ta 'spazju delimitata fi tliet dimensjonijiet minn ostakli potenzjali meta tidħol partiċella b'wavelength komparabbli mad-daqs ta' tikka.

Qoxra tal-ktieb Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology minn C. Eric Drexler

1985 Robert Floyd Curl, Jr., Harold Walter Kroto, u Richard Erret Smalley jiskopru fullereni, molekuli magħmulin minn numru ugwali ta 'atomi tal-karbonju (minn 28 sa madwar 1500) li jiffurmaw korp vojt magħluq. Il-proprjetajiet kimiċi tal-fulereni huma f'ħafna aspetti simili għal dawk tal-idrokarburi aromatiċi. Fullerene C60, jew buckminsterfullerene, bħal fullerenes oħra, hija forma allotropika ta 'karbonju.

1986-1992 C. Eric Drexler jippubblika żewġ kotba importanti dwar il-futuroloġija li popolarizzaw in-nanoteknoloġija. L-ewwel, rilaxxat fl-1986, jissejjaħ Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology. Huwa jbassar, fost affarijiet oħra, li t-teknoloġiji futuri se jkunu jistgħu jimmanipulaw atomi individwali b'mod ikkontrollat. Fl-1992, huwa ppubblika Nanosystems: Molecular Hardware, Manufacturing, and the Computational Idea, li min-naħa tiegħu bassar li n-nanomagni jistgħu jirriproduċu lilhom infushom.

1989 Donald M. Aigler tal-IBM ipoġġi l-kelma "IBM" - magħmula minn 35 atomu tal-kseno - fuq wiċċ tan-nikil.

1991 Sumio Iijima ta 'NEC fi Tsukuba, il-Ġappun, jiskopri nanotubi tal-karbonju, strutturi ċilindriċi vojta. Sal-lum, in-nanotubi tal-karbonju l-aktar magħrufa, li l-ħitan tagħhom huma magħmula minn grafen irrumblat. Hemm ukoll nanotubi mhux tal-karbonju u nanotubi tad-DNA. L-irqaq nanotubi tal-karbonju huma ta 'dijametru ta' nanometru wieħed u jistgħu jkunu miljuni ta 'darbiet itwal. Għandhom saħħa tensili notevoli u proprjetajiet elettriċi uniċi, u huma kondutturi eċċellenti tas-sħana. Dawn il-proprjetajiet jagħmluhom materjali promettenti għal applikazzjonijiet fin-nanoteknoloġija, l-elettronika, l-ottika u x-xjenza tal-materjali.

1993 Warren Robinett ta 'l-Università ta' North Carolina u R. Stanley Williams ta 'UCLA qed jibnu sistema ta' realtà virtwali marbuta ma 'mikroskopju ta' scanning tunneling li jippermetti lill-utent biex jara u saħansitra jmiss l-atomi.

1998 It-tim ta' Cees Dekker fl-Università tat-Teknoloġija ta' Delft fl-Olanda qed jibni transistor li juża nanotubi tal-karbonju. Bħalissa, ix-xjenzati qed jippruvaw jużaw il-proprjetajiet uniċi tan-nanotubi tal-karbonju biex jipproduċu elettronika aħjar u aktar mgħaġġla li tikkonsma inqas elettriku. Dan kien limitat minn numru ta 'fatturi, li wħud minnhom ġew megħluba gradwalment, li fl-2016 wasslu riċerkaturi fl-Università ta' Wisconsin-Madison biex joħolqu transistor tal-karbonju b'parametri aħjar mill-aħjar prototipi tas-silikon. Ir-riċerka minn Michael Arnold u Padma Gopalan wasslet għall-iżvilupp ta 'transistor nanotube tal-karbonju li jista' jġorr id-doppju tal-kurrent tal-kompetitur tas-silikon tiegħu.

2003 Samsung jipprivattiva teknoloġija avvanzata bbażata fuq l-azzjoni ta 'jonji tal-fidda mikroskopiċi biex joqtlu mikrobi, moffa u aktar minn sitt mitt tip ta' batterji u jipprevjenu t-tixrid tagħhom. Partiċelli tal-fidda ġew introdotti fis-sistemi ta 'filtrazzjoni l-aktar importanti tal-kumpanija - il-filtri kollha u l-kollettur tat-trab jew borża.

2004 Il-British Royal Society u r-Royal Academy of Engineering jippubblikaw ir-rapport "Nanoscience and Nanotechnology: Opportunities and Uncertainties", li jappellaw għal riċerka dwar ir-riskji potenzjali tan-nanoteknoloġija għas-saħħa, l-ambjent u s-soċjetà, b'kont meħud tal-aspetti etiċi u legali.

Mudell nanomotor fuq roti fullerene

2006 James Tour, flimkien ma 'tim ta' xjenzati mill-Università ta 'Ross, jibni "van" mikroskopiku mill-molekula oligo (phenyleneethynylene), li l-fusijiet tagħha huma magħmula minn atomi tal-aluminju, u r-roti huma magħmula minn C60 fullerenes. In-nanovehicle mċaqalqa fuq il-wiċċ, li jikkonsisti f'atomi tad-deheb, taħt l-influwenza ta 'żieda fit-temperatura, minħabba r-rotazzjoni ta' "roti" fullerene. 'il fuq minn temperatura ta' 300 ° C, aċċellerat tant li l-kimiċi ma setgħux jibqgħu jsegwuha ...

2007 In-nanoteknoloġisti Technion joqogħdu mat-"Testment il-Qadim" kollu tal-Lhudi f'żona ta '0,5 mm biss² wejfer tas-silikon miksi bid-deheb. It-test kien imnaqqax billi direzzjoni fluss iffukat ta 'jonji tal-gallju fuq il-pjanċa.

2009-2010 Nadrian Seaman u l-kollegi fl-Università ta 'New York qed joħolqu serje ta' nanomounts li jixbħu d-DNA li fihom strutturi sintetiċi tad-DNA jistgħu jiġu pprogrammati biex "jipproduċu" strutturi oħra b'forom u proprjetajiet mixtieqa.

2013 Ix-xjentisti tal-IBM qed joħolqu film animat li jista’ jaraha biss wara li jkun imkabbar 100 miljun darba. Huwa msejjaħ "It-Tifel u l-Atomu Tiegħu" u huwa mfassal b'tikek dijatomiċi ta 'biljunth ta' metru fid-daqs, li huma molekuli singoli ta 'monossidu tal-karbonju. Il-kartun juri tifel li l-ewwel jilgħab bil-ballun u mbagħad jaqbeż fuq trampolin. Waħda mill-molekuli għandha wkoll ir-rwol ta 'ballun. L-azzjoni kollha sseħħ fuq wiċċ tar-ram, u d-daqs ta 'kull frejm tal-film ma jaqbiżx diversi għexieren ta' nanometri.

2014 Ix-xjentisti mill-Università tat-Teknoloġija ETH fi Zurich irnexxielhom joħolqu membrana poruża ħoxna inqas minn nanometru. Il-ħxuna tal-materjal miksub permezz ta 'manipulazzjoni nanoteknoloġika hija 100 XNUMX. darbiet iżgħar minn dak ta’ xagħar uman. Skont il-membri tat-tim tal-awturi, dan huwa l-irqaq materjal poruż li jista 'jinkiseb u ġeneralment huwa possibbli. Tikkonsisti f'żewġ saffi ta 'struttura ta' grafen bidimensjonali. Il-membrana hija permeabbli, iżda biss għal partiċelli żgħar, jonqos jew taqbad kompletament partiċelli akbar.

2015 Qed tinħoloq pompa molekulari, apparat nanoskala li jittrasferixxi l-enerġija minn molekula għal oħra, li jimita proċessi naturali. It-tqassim kien iddisinjat minn riċerkaturi fil-Kulleġġ tal-Arti u x-Xjenzi ta 'Weinberg Northwestern. Il-mekkaniżmu huwa reminixxenti ta 'proċessi bijoloġiċi fil-proteini. Huwa mistenni li teknoloġiji bħal dawn isibu applikazzjoni prinċipalment fl-oqsma tal-bijoteknoloġija u l-mediċina, pereżempju, fil-muskoli artifiċjali.

2016 Skont pubblikazzjoni fil-ġurnal xjentifiku Nature Nanotechnology, riċerkaturi fl-Università Teknika Olandiża ta 'Delft żviluppaw mezzi ta' ħażna b'atomu wieħed innovattivi. Il-metodu l-ġdid għandu jipprovdi densità ta 'ħażna aktar minn ħames mitt darba ogħla minn kwalunkwe teknoloġija użata bħalissa. L-awturi jinnotaw li riżultati saħansitra aħjar jistgħu jinkisbu bl-użu ta 'mudell tridimensjonali tal-post tal-partiċelli fl-ispazju.

Klassifikazzjoni tan-nanoteknoloġiji u n-nanomaterjali

1. L-istrutturi nanoteknoloġiċi jinkludu:

• bjar quantum, wajers u tikek, i.e. diversi strutturi li jgħaqqdu l-karatteristika li ġejja - il-limitazzjoni spazjali ta 'partiċelli f'ċerta żona permezz ta' barrieri potenzjali;
• plastiks, li l-istruttura tagħhom hija kkontrollata fil-livell ta 'molekuli individwali, li bis-saħħa tagħhom huwa possibbli, pereżempju, li jinkisbu materjali bi proprjetajiet mekkaniċi bla preċedent;
• fibri artifiċjali - materjali bi struttura molekulari preċiża ħafna, distinti wkoll minn proprjetajiet mekkaniċi mhux tas-soltu;
• nanotubi, strutturi supramolekulari fil-forma ta 'ċilindri vojta. Sal-lum, in-nanotubi tal-karbonju l-aktar magħrufa, li l-ħitan tagħhom huma magħmulin minn graphene mitwija (saffi tal-grafita monatomika). Hemm ukoll nanotubi mhux tal-karbonju (per eżempju, minn sulfide tat-tungstenu) u mid-DNA;
• materjali mgħaffġa fil-forma ta 'trab, li l-ħbub tagħhom huma, pereżempju, akkumulazzjonijiet ta' atomi tal-metall. Fidda () bi proprjetajiet antibatteriċi qawwija tintuża ħafna f'din il-forma;
• nanowires (per eżempju, fidda jew ram);
• elementi ffurmati bl-użu tal-litografija tal-elettroni u metodi oħra tan-nanolitografija;
• fullereni;
• graphene u materjali oħra bidimensjonali (borophene, graphene, nitrur tal-boron eżagonali, silicene, germanene, sulfide tal-molibdenu);
• materjali komposti rinfurzati b'nanopartiċelli.

Wiċċ nanolitografiku

2. Il-klassifikazzjoni tan-nanoteknoloġiji fis-sistematika tax-xjenzi, żviluppata fl-2004 mill-Organizzazzjoni għall-Kooperazzjoni u l-Iżvilupp Ekonomiku (OECD):

• nanomaterjali (produzzjoni u proprjetajiet);
• nanoproċessi (applikazzjonijiet fuq skala nano - bijomaterjali jappartjenu għall-bijoteknoloġija industrijali).

3. In-nanomaterjali huma materjali kollha li fihom hemm strutturi regolari fil-livell molekulari, i.e. li ma jaqbiżx il-100 nanometru.

Dan il-limitu jista 'jirreferi għad-daqs tad-dominji bħala l-unità bażika tal-mikrostruttura, jew għall-ħxuna tas-saffi miksuba jew depożitati fuq is-sottostrat. Fil-prattika, il-limitu li taħtu huwa attribwit għan-nanomaterjali huwa differenti għal materjali bi proprjetajiet ta 'prestazzjoni differenti - huwa prinċipalment assoċjat mad-dehra ta' proprjetajiet speċifiċi meta jinqabeż. Billi tnaqqas id-daqs tal-istrutturi ordnati tal-materjali, huwa possibbli li jittejbu b'mod sinifikanti l-proprjetajiet fiżikokimiċi, mekkaniċi u oħrajn tagħhom.

In-nanomaterjali jistgħu jinqasmu fl-erba 'gruppi li ġejjin:

• żero-dimensjonali (nanomaterjali b'tikek) - per eżempju, tikek kwanti, nanopartiċelli tal-fidda;
• unidimensjonali – per eżempju, nanowajers tal-metall jew semikondutturi, nanorods, nanofibri polimeriċi;
• bidimensjonali – pereżempju, saffi tan-nanometru ta’ tip ta’ fażi waħda jew ta’ fażijiet multipli, grafen u materjali oħra bi ħxuna ta’ atomu wieħed;
• tridimensjonali (jew nanokristallin) - jikkonsistu f'dominji kristallini u akkumulazzjonijiet ta 'fażijiet b'daqsijiet ta' l-ordni ta 'nanometri jew komposti rinfurzati b'nanopartiċelli.