Itan ti Inventions - Nanotechnology

Tẹlẹ ni ayika 600 BC. eniyan n ṣe awọn ẹya nanotype, ie awọn okun cementite ni irin, ti a pe ni Wootz. Eyi ṣẹlẹ ni India, ati pe eyi le jẹ ibẹrẹ ti itan-akọọlẹ ti nanotechnology.

VI-XV c. Awọn awọ ti a lo ni asiko yii fun kikun awọn ferese didan-gilasi lo awọn ẹwẹ titobi kiloraidi goolu, awọn chlorides ti awọn irin miiran, ati awọn oxides irin.

IX-XVII sehin Ni ọpọlọpọ awọn aaye ni Yuroopu, “awọn didan” ati awọn nkan miiran ni a ṣe lati fun didan si awọn ohun elo amọ ati awọn ọja miiran. Wọn ni awọn ẹwẹ titobi ti awọn irin, pupọ julọ fadaka tabi bàbà.

XIII-XVIII w. “Irin Damasku” ti a ṣe ni awọn ọrundun wọnyi, lati inu eyiti a ti ṣe awọn ohun ija funfun olokiki agbaye, ni awọn nanotubes carbon ati nanofibers cementite ninu.

1857 Michael Faraday ṣe awari goolu colloidal awọ ruby, ti iwa ti awọn ẹwẹ titobi goolu.

1931 Max Knoll ati Ernst Ruska kọ microscope elekitironi kan ni Berlin, ohun elo akọkọ lati rii eto ti awọn ẹwẹ titobi ni ipele atomiki. Bi agbara awọn elekitironi ṣe pọ si, gigun gigun wọn yoo kuru ati pe ipinnu ti maikirosikopu pọ si. Apeere naa wa ni igbale ati nigbagbogbo bo pelu fiimu irin kan. Tan ina elekitironi kọja nipasẹ ohun idanwo ati wọ inu awọn aṣawari. Da lori awọn ifihan agbara wiwọn, awọn ẹrọ itanna tun ṣe aworan ti ayẹwo idanwo naa.

1936 Erwin Müller, ti n ṣiṣẹ ni Awọn ile-iṣẹ Siemens, ṣe apẹrẹ maikirosikopu itujade aaye, ọna ti o rọrun julọ ti maikirosikopu elekitironi itujade. Maikirosikopu yii nlo aaye itanna to lagbara fun itujade aaye ati aworan.

1950 Victor La Mer ati Robert Dinegar ṣẹda awọn ipilẹ imọ-ẹrọ fun ilana ti gbigba awọn ohun elo colloidal monodisperse. Eyi gba laaye iṣelọpọ awọn oriṣi pataki ti iwe, awọn kikun ati awọn fiimu tinrin lori iwọn ile-iṣẹ kan.

1956 Arthur von Hippel ti Massachusetts Institute of Technology (MIT) ṣe itumọ ọrọ naa "ẹrọ molikula".

1959 Richard Feynman awọn ikowe lori "Ọpọlọpọ yara wa ni isalẹ." Bibẹrẹ nipa riro ohun ti yoo gba lati baamu Encyclopædia Britannica-iwọn 24 kan lori ori pin, o ṣafihan imọran ti miniaturization ati iṣeeṣe lilo awọn imọ-ẹrọ ti o le ṣiṣẹ ni ipele nanometer. Ni iṣẹlẹ yii, o ṣeto awọn ẹbun meji (eyiti a pe ni Awọn ẹbun Feynman) fun awọn aṣeyọri ni agbegbe yii - ẹgbẹrun kan dọla kọọkan.

1960 Ni igba akọkọ ti joju payout adehun Feynman. O ro pe aṣeyọri imọ-ẹrọ kan yoo nilo lati ṣaṣeyọri awọn ibi-afẹde rẹ, ṣugbọn ni akoko yẹn o ṣiyemeji agbara ti microelectronics. Olubori jẹ ẹlẹrọ William H. McLellan, ọmọ ọdun 35. O ṣẹda mọto kan ti o ni iwọn 250 micrograms, pẹlu agbara ti 1 mW.

1968 Alfred Y. Cho ati John Arthur ṣe agbekalẹ ọna epitaxy. O ngbanilaaye idasile ti awọn fẹlẹfẹlẹ monoatomic dada ni lilo imọ-ẹrọ semikondokito - idagba ti awọn fẹlẹfẹlẹ ẹyọ-orin kirisita tuntun lori sobusitireti okuta ti o wa tẹlẹ, pidánpidán eto ti sobusitireti crystalline ti o wa tẹlẹ. Iyatọ ti epitaxy jẹ epitaxy ti awọn agbo ogun molikula, eyiti o jẹ ki o ṣee ṣe lati fi awọn fẹlẹfẹlẹ kirisita silẹ pẹlu sisanra ti Layer atomiki kan. Ọna yii ni a lo ni iṣelọpọ awọn aami kuatomu ati eyiti a pe ni awọn fẹlẹfẹlẹ tinrin.

1974 Ifihan ti oro naa "nanotechnology". O jẹ akọkọ ti a lo nipasẹ oluwadi University of Tokyo Norio Taniguchi ni apejọ ijinle sayensi kan. Itumọ ti fisiksi Japanese wa ni lilo titi di oni ati pe o dun bi eleyi: “Nanotechnology jẹ iṣelọpọ nipa lilo imọ-ẹrọ ti o fun laaye lati ṣaṣeyọri iṣedede giga pupọ ati awọn iwọn kekere pupọju, ie. išedede ti aṣẹ ti 1 nm.

Iworan ti kuatomu ju silẹ

Awọn ọdun 80 ati ọdun 90 Akoko idagbasoke iyara ti imọ-ẹrọ lithographic ati iṣelọpọ ti awọn fẹlẹfẹlẹ ultrathin ti awọn kirisita. Ni igba akọkọ ti, MOCVD (), jẹ ọna kan fun fifipamọ awọn fẹlẹfẹlẹ lori oju awọn ohun elo nipa lilo awọn agbo ogun organometallic gaseous. Eyi jẹ ọkan ninu awọn ọna epitaxial, nitorinaa orukọ yiyan rẹ - MOSFE (). Ọna keji, MBE, ngbanilaaye ifisilẹ ti awọn fẹlẹfẹlẹ nanometer tinrin pupọ pẹlu akojọpọ kemika ti asọye ni pipe ati pinpin deede ti profaili ifọkansi aimọ. Eyi ṣee ṣe nitori otitọ pe awọn paati Layer ti pese si sobusitireti nipasẹ awọn opo molikula lọtọ.

1981 Gerd Binnig ati Heinrich Rohrer ṣẹda maikirosikopu tunneling ọlọjẹ. Lilo awọn ipa ti awọn ibaraenisepo interatomic, o fun ọ laaye lati gba aworan ti dada pẹlu ipinnu ti aṣẹ ti iwọn atomiki kan, nipa gbigbe abẹfẹlẹ loke tabi isalẹ dada ti ayẹwo naa. Ni ọdun 1989, a lo ẹrọ naa lati ṣe afọwọyi awọn ọta kọọkan. Binnig ati Rohrer ni a fun ni Ebun Nobel ninu Fisiksi ni ọdun 1986.

1985 Louis Brus ti Bell Labs ṣe awari colloidal semikondokito nanocrystals (awọn aami kuatomu). Wọn ti ṣalaye bi agbegbe kekere ti aaye ti o ni iwọn ni awọn iwọn mẹta nipasẹ awọn idena ti o pọju nigbati patiku kan pẹlu iwọn gigun ti o ni afiwe si iwọn aami kan wọle.

Ideri iwe Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology by C. Eric Drexler

1985 Robert Floyd Curl, Jr., Harold Walter Kroto, ati Richard Erret Smalley ṣe awari fullerenes, awọn ohun elo ti o ni nọmba paapaa ti awọn ọta erogba (lati 28 si bii 1500) ti o di ara ti o ṣofo. Awọn ohun-ini kemikali ti fullerenes wa ni ọpọlọpọ awọn ọna ti o jọra ti awọn hydrocarbons aromatic. Fullerene C60, tabi buckminsterfullerene, bi miiran fullerenes, jẹ ẹya allotropic fọọmu ti erogba.

1986-1992 C. Eric Drexler ṣe atẹjade awọn iwe pataki meji lori ọjọ iwaju ti o ṣe olokiki nanotechnology. Ni igba akọkọ ti, ti a tu silẹ ni ọdun 1986, ni a pe ni Awọn ẹrọ ti Ẹda: Akoko Wiwa ti Nanotechnology. O sọ asọtẹlẹ, ninu awọn ohun miiran, pe awọn imọ-ẹrọ iwaju yoo ni anfani lati ṣe afọwọyi awọn ọta kọọkan ni ọna iṣakoso. Ni 1992, o ṣe atẹjade Nanosystems: Hardware Molecular, Ṣiṣelọpọ, ati Ero Iṣiro, eyiti o sọ asọtẹlẹ pe awọn nanomachines le ṣe ẹda ara wọn.

1989 Donald M. Aigler ti IBM fi ọrọ naa si "IBM" - ti a ṣe lati awọn ọta xenon 35 - lori aaye nickel kan.

1991 Sumio Iijima ti NEC ni Tsukuba, Japan, ṣe awari awọn nanotubes erogba, awọn ẹya iyipo ti o ṣofo. Titi di oni, awọn nanotubes erogba ti o mọ julọ, awọn odi eyiti o jẹ ti graphene ti yiyi. Awọn nanotubes ti kii ṣe erogba ati DNA nanotubes tun wa. Awọn nanotube erogba tinrin julọ wa lori aṣẹ ti nanometer kan ni iwọn ila opin ati pe o le jẹ awọn miliọnu awọn akoko to gun. Wọn ni agbara fifẹ iyalẹnu ati awọn ohun-ini itanna alailẹgbẹ, ati pe o jẹ olutọpa ti o dara julọ ti ooru. Awọn ohun-ini wọnyi jẹ ki wọn jẹ awọn ohun elo ti o ni ileri fun awọn ohun elo ni nanotechnology, Electronics, Optics, ati Imọ-ẹrọ ohun elo.

1993 Warren Robinett ti Yunifasiti ti North Carolina ati R. Stanley Williams ti Yunifasiti ti California, Los Angeles n ṣe agbekalẹ eto otito foju kan ti o sopọ mọ microscope tunneling ti o fun laaye olumulo lati rii ati paapaa fi ọwọ kan awọn ọta.

1998 Ẹgbẹ Cees Dekker ni Ile-ẹkọ Imọ-ẹrọ ti Delft ni Fiorino n ṣe agbero transistor ti o nlo awọn nanotubes erogba. Lọwọlọwọ, awọn onimo ijinlẹ sayensi n gbiyanju lati lo awọn ohun-ini alailẹgbẹ ti awọn nanotubes erogba lati ṣe agbejade awọn ẹrọ itanna to dara julọ ati yiyara ti o jẹ ina mọnamọna diẹ. Eyi ni opin nipasẹ awọn nọmba kan ti awọn ifosiwewe, diẹ ninu eyiti a bori diẹdiẹ, eyiti ni 2016 mu awọn oniwadi ni University of Wisconsin-Madison lati ṣẹda transistor erogba pẹlu awọn aye to dara julọ ju awọn apẹrẹ silikoni ti o dara julọ. Iwadi nipasẹ Michael Arnold ati Padma Gopalan yori si idagbasoke ti erogba nanotube transistor ti o le gbe lẹmeji lọwọlọwọ ti oludije silikoni rẹ.

2003 Samsung ṣe itọsi imọ-ẹrọ to ti ni ilọsiwaju ti o da lori iṣe ti awọn ions fadaka airi, eyiti o ba awọn germs run, mimu ati diẹ sii ju awọn oriṣi ọgọrun mẹfa ti kokoro arun ati ṣe idiwọ itankale wọn. Awọn patikulu fadaka ni a ti ṣafihan sinu awọn eto isọ ti o ṣe pataki julọ ti ile-iṣẹ - gbogbo awọn asẹ ati agbowọ eruku tabi apo.

2004 British Royal Society ati Royal Academy of Engineering ṣe atẹjade ijabọ naa "Nanoscience ati Nanotechnology: Awọn anfani ati Awọn aidaniloju", pipe fun iwadi sinu awọn ewu ti o pọju ti nanotechnology fun ilera, ayika ati awujọ, ni akiyesi awọn ilana iṣe ati awọn ofin.

Nanomotor awoṣe on fullerene wili

2006 James Tour, papọ pẹlu ẹgbẹ awọn onimọ-jinlẹ lati Ile-ẹkọ giga Rice, n ṣe agbero “van” airi kan lati inu moleku oligo (phenyleneethynylene), awọn aake eyiti o jẹ awọn ọta aluminiomu, ati awọn kẹkẹ jẹ ti C60 fullerenes. Nanovehicle gbe lori dada, ti o ni awọn ọta goolu, labẹ ipa ti ilosoke iwọn otutu, nitori yiyi ti fullerene "awọn kẹkẹ". Loke iwọn otutu ti 300 ° C, o yara pupọ ti awọn chemists ko le tọpa rẹ mọ…

2007 Awọn onimọ-ẹrọ imọ-ẹrọ Technion baamu gbogbo “Majẹmu Laelae” Juu sinu agbegbe ti o kan 0,5 mm² wurà-palara ohun alumọni wafer. Ọrọ naa jẹ kikọ nipasẹ didari ṣiṣan idojukọ ti awọn ions gallium sori awo naa.

2009-2010 Nadrian Seaman ati awọn ẹlẹgbẹ ni Ile-ẹkọ giga New York n ṣẹda lẹsẹsẹ ti DNA-bii awọn nanomounts ninu eyiti awọn ẹya DNA sintetiki le ṣe eto lati “gbejade” awọn ẹya miiran pẹlu awọn apẹrẹ ati awọn ohun-ini ti o fẹ.

2013 Awọn onimo ijinlẹ sayensi IBM n ṣẹda fiimu ti ere idaraya ti o le wo nikan lẹhin ti o pọ si ni awọn akoko 100 milionu. O pe ni "Ọmọkunrin ati Atomu Rẹ" ati pe o fa pẹlu awọn aami diatomic ọkan bilionu kan ti mita kan ni iwọn, eyiti o jẹ awọn ohun elo ẹyọkan ti erogba monoxide. Aworan efe naa ṣapejuwe ọmọkunrin kan ti o kọkọ ṣe bọọlu pẹlu bọọlu kan lẹhinna fo lori trampoline. Ọkan ninu awọn moleku tun ṣe ipa ti bọọlu. Gbogbo igbese waye lori ilẹ Ejò, ati iwọn ti fireemu fiimu kọọkan ko kọja ọpọlọpọ awọn mewa ti awọn nanometers.

2014 Awọn onimo ijinlẹ sayensi lati Ile-ẹkọ giga ETH ti Imọ-ẹrọ ni Zurich ti ṣaṣeyọri ni ṣiṣẹda awo alawọ kan ti o kere ju nipọn nanometer kan. Awọn sisanra ti ohun elo ti a gba nipasẹ ifọwọyi nanotechnological jẹ 100 XNUMX. o kere ju ti irun eniyan lọ. Gẹgẹbi awọn ọmọ ẹgbẹ ti ẹgbẹ ti awọn onkọwe, eyi ni ohun elo la kọja tinrin ti o le gba ati pe o ṣee ṣe ni gbogbogbo. O ni awọn fẹlẹfẹlẹ meji ti ọna iwọn graphene onisẹpo meji. Awọn awo ilu jẹ permeable, ṣugbọn nikan si awọn patikulu kekere, fa fifalẹ tabi ti npa awọn patikulu nla patapata.

2015 A ti ṣẹda fifa molikula kan, ẹrọ nanoscale kan ti o n gbe agbara lati inu moleku kan si omiran, ti n ṣe awọn ilana ti ẹda. Ifilelẹ naa jẹ apẹrẹ nipasẹ awọn oniwadi ni Weinberg Northwestern College of Arts and Sciences. Ilana naa jẹ iranti awọn ilana ti ibi ni awọn ọlọjẹ. O nireti pe iru awọn imọ-ẹrọ yoo rii ohun elo ni pataki ni awọn aaye ti imọ-ẹrọ ati oogun, fun apẹẹrẹ, ninu awọn iṣan atọwọda.

2016 Gẹgẹbi atẹjade kan ninu iwe akọọlẹ imọ-jinlẹ Iseda Nanotechnology, awọn oniwadi ni Ile-ẹkọ Imọ-ẹrọ Dutch ti Delft ti ṣe agbekalẹ awọn media ibi-itọju atomiki kan ṣoṣo. Ọna tuntun yẹ ki o pese diẹ sii ju igba XNUMX iwuwo ipamọ giga ju eyikeyi imọ-ẹrọ ti a lo lọwọlọwọ lọ. Awọn onkọwe ṣe akiyesi pe paapaa awọn esi to dara julọ le ṣee ṣe nipa lilo awoṣe onisẹpo mẹta ti ipo ti awọn patikulu ni aaye.

Isọri ti awọn imọ-ẹrọ nanotechnologies ati awọn nanomaterials

1. Awọn ẹya imọ-ẹrọ nanotechnology pẹlu:

• kuatomu kanga, onirin ati aami, i.e. orisirisi awọn ẹya ti o darapọ ẹya wọnyi - aropin aye ti awọn patikulu ni agbegbe kan nipasẹ awọn idena ti o pọju;
• awọn pilasitik, eto eyiti o jẹ iṣakoso ni ipele ti awọn ohun elo kọọkan, o ṣeun si eyiti o ṣee ṣe, fun apẹẹrẹ, lati gba awọn ohun elo pẹlu awọn ohun-ini ẹrọ airotẹlẹ;
• awọn okun atọwọda - awọn ohun elo pẹlu eto molikula to peye, tun ṣe iyatọ nipasẹ awọn ohun-ini ẹrọ dani;
• nanotubes, awọn ẹya supramolecular ni irisi awọn silinda ṣofo. Titi di oni, awọn nanotubes erogba ti o mọ julọ, awọn odi eyiti o jẹ ti graphene ti a ṣe pọ (awọn fẹlẹfẹlẹ graphite monatomic). Awọn nanotubes ti kii ṣe erogba tun wa (fun apẹẹrẹ, lati tungsten sulfide) ati lati DNA;
• awọn ohun elo ti a fọ ​​ni irisi eruku, awọn irugbin ti o jẹ, fun apẹẹrẹ, awọn akopọ ti awọn ọta irin. Fadaka () pẹlu awọn ohun-ini antibacterial ti o lagbara ni lilo pupọ ni fọọmu yii;
• nanowires (fun apẹẹrẹ, fadaka tabi bàbà);
• awọn eroja ti a ṣẹda nipa lilo lithography elekitironi ati awọn ọna nanolithography miiran;
• fullerenes;
• graphene ati awọn ohun elo onisẹpo meji miiran (borophene, graphene, hexagonal boron nitride, silicene, germanene, molybdenum sulfide);
• awọn ohun elo akojọpọ fikun pẹlu awọn ẹwẹ titobi.

Nanolithographic dada

2. Iyasọtọ ti awọn imọ-ẹrọ nanotechnologies ninu awọn eto eto imọ-jinlẹ, ti dagbasoke ni ọdun 2004 nipasẹ Ajo fun Ifowosowopo Iṣowo ati Idagbasoke (OECD):

• nanomaterials (gbóògì ati ini);
• nanoprocesses (awọn ohun elo nanoscale - biomaterials jẹ ti imọ-ẹrọ imọ-ẹrọ ile-iṣẹ).

3. Nanomaterials jẹ gbogbo awọn ohun elo ninu eyiti awọn ẹya deede wa ni ipele molikula, i.e. ko koja 100 nanometers.

Iwọn yii le tọka si iwọn awọn ibugbe bi ẹyọkan ipilẹ ti microstructure, tabi si sisanra ti awọn fẹlẹfẹlẹ ti o gba tabi ti a fi pamọ sori sobusitireti. Ni iṣe, opin ti o wa ni isalẹ eyiti o jẹ iyasọtọ si awọn ohun elo nanomaterials yatọ fun awọn ohun elo pẹlu awọn ohun-ini iṣẹ ṣiṣe ti o yatọ - o jẹ pataki ni nkan ṣe pẹlu irisi awọn ohun-ini kan pato nigbati o kọja. Nipa idinku iwọn ti awọn ẹya ti a paṣẹ ti awọn ohun elo, o ṣee ṣe lati mu ilọsiwaju ti ẹkọ-kemikali wọn ni pataki, ẹrọ, ati awọn ohun-ini miiran.

Nanomaterials le pin si awọn ẹgbẹ mẹrin wọnyi:

• odo-onisẹpo (dot nanomaterials) - fun apẹẹrẹ, awọn aami kuatomu, awọn ẹwẹ titobi fadaka;
• onisẹpo kan - fun apẹẹrẹ, irin tabi semikondokito nanowires, nanorods, polymeric nanofibers;
• onisẹpo meji - fun apẹẹrẹ, awọn fẹlẹfẹlẹ nanometer ti ipele-ọkan tabi iru-ọna pupọ, graphene ati awọn ohun elo miiran pẹlu sisanra ti atomu kan;
• onisẹpo mẹta (tabi nanocrystalline) - ni awọn ibugbe kristali ati awọn ikojọpọ ti awọn ipele pẹlu awọn iwọn aṣẹ ti awọn nanometers tabi awọn akojọpọ ti a fikun pẹlu awọn ẹwẹ titobi.