Dîroka Dahênanan - Nanoteknolojî

Jixwe li dora 600 BZ. mirovan strukturên nanotîp, ango çîmentoyên di pola de, bi navê Wootz, çêdikirin. Ev li Hindistanê qewimî, û ev dikare destpêka dîroka nanoteknolojiyê were hesibandin.

VI-XV s. Rengên ku di vê serdemê de ji bo boyaxkirina pencereyên bi camên rengîn têne bikar anîn nanoparçeyên klorîdê zêr, klorîdên metalên din, û her weha oksîtên metal bikar tînin.

Sedsalên IX-XVII Li gelek deverên Ewrûpayê, ji bo ku ronî bide seramîk û hilberên din, "birqok" û madeyên din têne hilberandin. Di nav wan de nanoparçeyên metal, bi piranî zîv an sifir hebûn.

XIII-xviii w. "Pola Şamê" ya ku di van sedsalan de hatî hilberandin, ku çekên spî yên navdar ên cîhanê jê hatine çêkirin, nanotubeyên karbonê û nanofiberên çîmentîtê hene.

1857 Michael Faraday zêrê koloidal bi rengê yaqûtê, ku taybetmendiya nanoparçeyên zêr e, kifş dike.

1931 Max Knoll û Ernst Ruska li Berlînê mîkroskopa elektronîk ava dikin, ev yekem amûr e ku avahiya nanoparçeyan di asta atomê de dibîne. Enerjiya elektronan çiqas zêde be, dirêjahiya pêlên wan jî ew qas kurtir dibe û çareseriya mîkroskopê jî ewqasî mezintir dibe. Nimûne di valahiyek de ye û pir caran bi fîlimek metal tê pêçan. Tîrêja elektronê di heybera ceribandinê re derbas dibe û dikeve dedektoran. Li ser bingeha nîşanên pîvandî, amûrên elektronîkî wêneya nimûneya testê ji nû ve diafirînin.

1936 Erwin Müller, ku li Laboratories Siemens dixebite, mîkroskopa belavkirina zeviyê îcad dike, ku forma herî hêsan a mîkroskopa elektronîkî ye. Ev mîkroskop ji bo belavkirina zeviyê û wênekêşandinê zeviyek elektrîkî ya bihêz bikar tîne.

1950 Victor La Mer û Robert Dinegar bingehên teorîk ji bo teknîka bidestxistina materyalên koloidal monodisperse diafirînin. Vê yekê rê da hilberîna celebên taybetî yên kaxez, reng û fîlimên zirav li ser pîvanek pîşesaziyê.

1956 Arthur von Hippel ji Enstîtuya Teknolojiyê ya Massachusetts (MIT) peyva "endezyariya molekular" çêkir.

1959 Richard Feynman dersên li ser "Li jêr de gelek ode heye." Destpêka bi xeyalkirina çi hewce dike ku Ansîklopediya Britannica ya 24-cildî li ser serê pincarê bi cih bike, wî têgeha piçûkkirinê û îmkana karanîna teknolojiyên ku dikarin di asta nanometer de bixebitin destnîşan kir. Bi vê minasebetê, wî du xelat (ku jê re tê gotin Xelatên Feynman) ji bo destkeftiyên di vî warî de - her yek hezar dolar.

1960 Peredana xelata yekem Feynman bêhêvî kir. Wî texmîn kir ku ji bo bidestxistina armancên xwe dê serkeftinek teknolojîk hewce bike, lê wê demê wî potansiyela mîkroelektronîkê kêm nirxand. Serketî endezyar William H. McLellan ê 35 salî bû. Wî motorek bi giraniya 250 mîkrogram, bi hêza 1 mW afirand.

1968 Alfred Y. Cho û John Arthur rêbaza epîtaksî pêş dixin. Ew bi karanîna teknolojiya nîvconductor destûrê dide pêkhatina qatên monoatomî yên rûkal - mezinbûna qatên nû yên yek-krîstal li ser bingehek krîstal a heyî, dupatkirina strukturên substrata kristal a heyî. Guherînek epîtaksî, epîtaksiya pêkhateyên molekulî ye, ku dihêle ku tebeqeyên krîstal ên bi qalindahiya yek tebeqeya atomê werin razandin. Ev rêbaz di hilberîna xalên kuantûmê û bi navê qatên tenik de tê bikaranîn.

1974 Destpêka têgîna "nanoteknolojî". Ew yekem ji hêla lêkolînerê Zanîngeha Tokyo Norio Taniguchi ve di konferansek zanistî de hate bikar anîn. Pênaseya fizîkê ya Japonî heta roja îro di karanînê de dimîne û wiha deng dide: “Nanoteknolojî hilberandinek e ku teknolojiyê bikar tîne ku rê dide rastbûna pir bilind û mezinahiyên pir piçûk, ango. rastbûna fermana 1 nm.

Visualization of a drop quantum

Salên 80 û 90î Serdema pêşkeftina bilez a teknolojiya lîtografî û hilberîna qatên krîstalên pir tenik. Ya yekem, MOCVD(), rêbazek e ku ji bo vekirina qatan li ser rûyê materyalan bi karanîna pêkhateyên organometalîk ên gazê ve têne danîn. Ev yek ji rêbazên epitaxial e, ji ber vê yekê navê wê yê alternatîf - MOSFE (). Rêbaza duyemîn, MBE, gengaz dike ku tebeqeyên nanometre yên pir zirav bi pêkhateyek kîmyewî ya diyarkirî û dabeşkirina rastîn a profîla berhevoka nepaqijiyê were razandin. Ev mimkun e ji ber vê yekê ku pêkhateyên qatê bi tîrêjên molekulî yên cihêreng ji substratê re têne peyda kirin.

1981 Gerd Binnig û Heinrich Rohrer mîkroskopa tunekirinê ya şopandinê diafirînin. Bi karanîna hêzên danûstendinên navatomîkî, ew dihêle hûn wêneyek rûkalê bi çarenûsa rêza mezinahiya atomek yekane, bi derbaskirina tîrêkê li jor an li binê rûyê nimûneyê bistînin. Di sala 1989 de, cîhaz ji bo manîpulekirina atomên kesane hate bikar anîn. Binnig û Rohrer di sala 1986 de Xelata Nobelê ya Fîzîkê wergirtin.

1985 Louis Brus ya Bell Labs nanokristalên nîvconductor koloidal (noqteyên kuantum) keşf dike. Ew wekî deverek piçûk a cîhê, di sê pîvanan de ji hêla astengên potansiyel ve têne sînorkirin, dema ku perçeyek bi dirêjahiya pêlê ya ku bi mezinahiya xalekê ve tê berhev kirin tê destnîşan kirin.

Berga kitêba Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology ya C. Eric Drexler

1985 Robert Floyd Curl, Jr., Harold Walter Kroto, û Richard Erret Smalley, fullerenes, molekulên ku ji hejmareke zewacê ya atomên karbonê (ji 28 heta bi qasî 1500) pêk tên, ku laşek valahiyek girtî pêk tê, kifş dikin. Taybetmendiyên kîmyayî yên fullerenes ji gelek aliyan ve dişibin yên hîdrokarbonên aromatic. Fullerene C60, an buckminsterfullerene, mîna fullerenên din, formek alotropîk a karbonê ye.

1986-1992 C. Eric Drexler du pirtûkên girîng ên li ser futurolojiyê ku nanoteknolojiyê populer dikin diweşîne. Ya yekem, ku di sala 1986-an de hatî berdan, jê re dibêjin Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology. Ew pêşbînî dike, di nav tiştên din de, ku teknolojiyên pêşerojê dê karibin atomên takekesî bi rengek kontrolkirî manîpule bikin. Di 1992 de, wî Nanosystems: Molecular Hardware, Manufacturing, and the Computational Idea çap kir, ku di encamê de pêşbînî kir ku nanomachine dikarin xwe ji nû ve hilberînin.

1989 Donald M. Aigler ji IBM peyva "IBM" - ku ji 35 atomên xenon hatiye çêkirin - li ser rûberek nîkel datîne.

1991 Sumio Iijima ya NEC li Tsukuba, Japonya, nanotubeyên karbonê, strukturên cylindrîkî yên vala kifş dike. Heya nuha, nanotubeyên karbonê yên herî baş têne nas kirin, ku dîwarên wan ji grafên gêrkirî têne çêkirin. Nanotubeyên ne-karbon û nanotubeyên ADNyê jî hene. Nanotubeyên karbonê yên herî tenik bi pîvana nanometreyekê ne û dikarin bi mîlyonan carî dirêjtir bin. Ew xwedan hêza tîrêjê ya berbiçav û taybetmendiyên elektrîkî yên bêhempa ne, û rêgirên germê yên hêja ne. Van taybetmendiyan wan ji bo serîlêdanên di nanoteknolojî, elektronîk, optîk, û zanistiya materyalan de materyalên sozdar dike.

1993 Warren Robinett ji Zanîngeha Karolînaya Bakur û R. Stanley Williams ji UCLA, pergalek rastiya virtual ya ku bi mîkroskopa tunekirinê ya şopandinê ve girêdayî ye ava dikin ku destûrê dide bikarhêner ku atoman bibîne û tewra jî bi dest bixe.

1998 Tîma Cees Dekker a li Zanîngeha Teknolojiyê ya Delftê ya Hollandayê transîstorek ku nanotubeyên karbonê bikar tîne ava dike. Niha, zanyar hewl didin ku taybetmendiyên bêhempa yên nanotubeyên karbonê bikar bînin da ku elektronîkek çêtir û zûtir hilberînin ku kêmtir elektrîkê dixwe. Ev ji hêla çend faktoran ve hate sînordar kirin, ku hin ji wan hêdî hêdî hatin derbas kirin, ku di sala 2016-an de lêkolînerên li Zanîngeha Wisconsin-Madison rê da ku transîstorek karbonê bi parametreyên çêtir ji prototîpên siliconê yên çêtirîn çêbikin. Lêkolîna ji hêla Michael Arnold û Padma Gopalan ve rê li ber pêşkeftina transîstorek nanotubeya karbonê vekir ku dikare du caran ji hevrikê xwe yê siliconê tîrêjê hilgire.

2003 Samsung teknolojiyek pêşkeftî li ser bingeha çalakiya îyonên zîvîn ên mîkroskopî patent dike da ku mîkrob, qalib û zêdetirî şeşsed celeb bakteriyan bikuje û pêşî li belavbûna wan bigire. Parçeyên zîv di pergalên parzûnê yên herî girîng ên pargîdaniyê de hatine bicîh kirin - hemî parzûn û berhevkar an çenteyê tozê.

2004 Civaka Qraliyetê ya Brîtanî û Akademiya Endezyariyê ya Qraliyetê rapora "Nanozanist û Nanoteknolojî: Derfet û nediyar" diweşînin, ku banga lêkolînê li ser xetereyên potansiyela nanoteknolojiyê ji bo tenduristî, jîngeh û civakê dike, ku aliyên exlaqî û qanûnî li ber çavan bigire.

Modela nanomotor li ser tekerên fullerene

2006 James Tour, bi tîmeke zanyarên Zanîngeha Rice re, ji molekula oligo (fenîleneetynylene) "van"eke mîkroskopî çêdike, ku axên wê ji atomên aluminiumê, û teker jî ji fullerenên C60 hatine çêkirin. Nanowesayîta ku ji atomên zêr pêk tê, di bin bandora zêdebûna germahiyê de, ji ber zivirîna "tekerên" fullerene, li ser rûyê erdê digeriya. Li ser germahiyek 300 ° C, ew ewqas bilez bû ku kîmyazan êdî nikaribûn wê bişopînin ...

2007 Nanoteknologên Teknîkî tevahiya "Peymana Kevin" ya Cihûyan li herêmek tenê 0,5 mm bicîh dikin.² wafer silicon-zêr pêçayî. Nivîs bi arastekirina herikîna baldar a îyonên galiumê li ser plakê hate xêzkirin.

2009-2010 Nadrian Seaman û hevkarên wî li zanîngeha New Yorkê rêzek nano-barên DNA-yê diafirînin ku tê de strukturên DNA yên sentetîk dikarin bêne bernamekirin da ku strukturên din ên bi şekl û taybetmendiyên xwestinê "hilberînin".

2013 Zanyarên IBM fîlmek anîmasyonî çêdikin ku tenê piştî ku 100 mîlyon carî were mezin kirin dikare were temaşe kirin. Navê wê "Kor û Atoma Wî" ye û bi xalên diatomî yên bi mezinahiya yek milyar metreyê, ku molekulên monoksît ên karbonê ne, hatine kişandin. Di karîkaturê de xortekî ku pêşî bi topê dilîze û paşê jî li ser trampolînê dadikeve nîşan dide. Yek ji molekulan jî rola topê dilîze. Hemî çalakî li ser rûyek sifir pêk tê, û mezinahiya her çarçoveyek fîlimê ji çend deh nanometreyan derbas nabe.

2014 Zanyarên Zanîngeha Teknolojiyê ya ETH ya li Zurichê di afirandina parzûnek porez de ku ji yek nanometre qalindtir e biser ketin. Kûrahiya materyalê ku bi manîpulasyona nanoteknolojîkî ve hatî wergirtin 100 XNUMX e. qat ji porê mirovan biçûktir e. Li gorî endamên tîmê nivîskaran, ev materyalê herî zirav e ku dikare were bidestxistin û bi gelemperî gengaz e. Ew ji du qatên avahiyek grafene ya du-alî pêk tê. Parzûna derbasbar e, lê tenê ji keriyên piçûk re, hûrsên mezin hêdî dike an bi tevahî digire.

2015 Pompek molekulî tê çêkirin, amûrek nanopîvana ku enerjiyê ji molekulek vediguhezîne molekûlek din, pêvajoyên xwezayî teqlîd dike. Plansaz ji hêla lêkolînerên li Weinberg Northwestern College of Arts and Sciences ve hatî çêkirin. Mekanîzma pêvajoyên biyolojîk ên di proteînan de tîne bîra xwe. Tê payîn ku teknolojiyên weha dê bi piranî di warên biyoteknolojî û derman de, mînakî, di masûlkeyên çêkirî de serîlêdanê bibînin.

2016 Li gorî belavokek di kovara zanistî ya Nature Nanotechnology de, lêkolînerên li Zanîngeha Teknîkî ya Hollandî Delft medyaya hilanînê ya yek-atomê pêşkeftî pêş xistin. Rêbaza nû divê ji her teknolojiyek ku niha tê bikar anîn ji pênc sed carî zêdetir zencîra hilanînê peyda bike. Nivîskar destnîşan dikin ku encamên hê çêtir dikarin bi karanîna modelek sê-alî ya cîhê pirtikên li fezayê werin bidestxistin.

Dabeşkirina nanoteknolojî û nanomaterialan

1. Avahiyên nanoteknolojî ev in:

• bîrên kuantum, têl û xal, yanî. strukturên cihêreng ên ku taybetmendiya jêrîn tevdigerin - sînorkirina mekanî ya perçeyan li deverek diyarkirî bi astengên potansiyel;
• plastîk, strukturên ku di asta molekulên kesane de têne kontrol kirin, bi saya wan gengaz e, mînakî, meriv materyalên bi taybetmendiyên mekanîkî yên nedîtî bidest bixe;
• fîberên sûnî - materyalên bi avahiyek molekularî ya pir rast, ku ji hêla taybetmendiyên mekanîkî yên bêhempa ve jî têne cûda kirin;
• nanotube, avahîyên supramolekular ên bi şiklê silindirên vala. Heya nuha, nanotubeyên karbonê yên herî baş têne nas kirin, ku dîwarên wan ji grafên pêçandî (tebeqeyên grafît ên monotomîkî) hatine çêkirin. Her weha nanotubeyên ne-karbon (mînak, ji sulfîdê tungsten) û ji ADNyê jî hene;
• maddeyên ku di şiklê tozê de hatine perçiqandin, genimên wan, wek nimûne, berhevkirina atomên metal in. Zîv () bi taybetmendiyên antîbakteriyal ên xurt bi vî rengî bi berfirehî tê bikar anîn;
• nanowires (mînak, zîv an sifir);
• hêmanên ku bi karanîna lîtografiya elektronîkî û rêbazên din ên nanolîtografî têne çêkirin;
• fullerenes;
• graphene û materyalên din ên du-alî (borophene, graphene, nitride boron hexagonal, silicen, germanene, molybdenum sulfide);
• materyalên pêkhatî yên bi nanoparçeyan hatine xurtkirin.

Rûyê nanolîtografî

2. Tesnîfkirina nanoteknolojiyên di sîstematîka zanistan de, ku di sala 2004 de ji hêla Rêxistina Hevkarî û Pêşkeftina Aborî (OECD) ve hatî pêşve xistin:

• nanomaterial (hilberîn û taybetmendiyên);
• nanopêvajo (sepanên nanoscale - biyomaterial girêdayî biyoteknolojiya pîşesaziyê ne).

3. Nanomaterial hemû malzemeyên ku di asta molekulî de pêkhateyên birêkûpêk tê de hene, yanî. ji 100 nanometreyan derbas nabe.

Dibe ku ev sînor mezinahiya domanan wekî yekeya bingehîn a mîkrosaziyê, an qalindahiya qatên ku li ser substratê hatine bidestxistin an razandin binav bike. Di pratîkê de, sînorê ku li jêr ji nanomaterialan re tê veqetandin, ji bo materyalên xwedî taybetmendiyên performansa cihêreng cûda ye - ew bi gelemperî bi xuyangkirina taybetmendiyên taybetî yên dema ku derbas dibe ve girêdayî ye. Bi kêmkirina mezinahiya strukturên rêzkirî yên materyalan, gengaz e ku meriv taybetmendiyên wan ên fizîkî-kîmyayî, mekanîkî û yên din bi girîngî baştir bike.

Nanomaterial dikarin li çar komên jêrîn werin dabeş kirin:

• sifir-alî (nanomateryalên xalî) - bo nimûne, xalên kuantum, nanoparçikên zîv;
• yekalî - bo nimûne, nanotêlên metal an nîvconductor, nanorod, nanofibers polîmerî;
• du-alî - wek nimûne, qatên nanometre yên yek-qaz an pir-qonax, grafene û materyalên din ên bi qalindahiya yek atomê;
• sê alî (an nanokrîstal) - ji domên krîstal û kombûna qonaxên bi mezinahiyên rêza nanometran an pêkhateyên ku bi nanoparçeyan hatine xurtkirin pêk tê.