Geschicht vun Erfindungen - Nanotechnologie

Schon ëm 600 v. D'Leit hunn Nanotypstrukturen produzéiert, also Zementitstränn a Stol, genannt Wootz. Dëst ass an Indien geschitt, an dëst kann den Ufank vun der Geschicht vun der Nanotechnologie ugesi ginn.

VI-XV c. D'Faarwen, déi an dëser Period benotzt gi fir Glasfënsteren ze molen, benotzen Goldchlorid Nanopartikelen, Chloriden vun anere Metaller, souwéi Metalloxiden.

IX-XVII Joerhonnerte Op ville Plazen an Europa ginn "Glitter" an aner Substanzen produzéiert fir Keramik an aner Produkter Glanz ze ginn. Si enthalen Nanopartikele vu Metaller, meeschtens Sëlwer oder Kupfer.

XIII-XVIII w. Den "Damaskus-Stol", deen an dëse Joerhonnerte produzéiert gouf, aus deem déi weltberühmt wäiss Waffen gemaach goufen, enthält Kuelestoff-Nanotubes an Zementit-Nanofaser.

1857 De Michael Faraday entdeckt rubinfaarweg kolloidalt Gold, charakteristesch fir Gold Nanopartikelen.

1931 De Max Knoll an den Ernst Ruska bauen zu Berlin en Elektronenmikroskop, dat éischten Apparat fir d'Struktur vun Nanopartikelen um atomesche Niveau ze gesinn. Wat méi grouss d'Energie vun den Elektronen ass, wat hir Wellelängt méi kuerz ass a wat d'Opléisung vum Mikroskop méi grouss ass. D'Probe ass an engem Vakuum a meeschtens mat engem Metallfilm bedeckt. Den Elektronenstrahl passéiert duerch den getesten Objet a geet an d'Detektoren. Baséierend op de gemoossene Signaler erstellen d'elektronesch Apparater d'Bild vun der Testprobe.

1936 Den Erwin Müller, deen an de Siemens Laboratoiren schafft, erfënnt de Feldemissiounsmikroskop, déi einfachst Form vun engem Emissiounselektronenmikroskop. Dëse Mikroskop benotzt e staarkt elektrescht Feld fir Feldemissioun an Imaging.

1950 Victor La Mer a Robert Dinegar kreéieren d'theoretesch Fundamenter fir d'Technik fir monodispers kolloidal Materialien ze kréien. Dëst erlaabt d'Produktioun vu speziellen Zorte vu Pabeier, Faarwen an dënn Filmer op industrieller Skala.

1956 Den Arthur von Hippel vum Massachusetts Institute of Technology (MIT) huet de Begrëff "molekulare Ingenieur" geprägt.

1959 De Richard Feynman liest iwwer "Et ass vill Plaz um Buedem." Ugefaange mat sech virzestellen, wat et brauch fir eng 24-Volumen Encyclopædia Britannica op engem Pinhead ze passen, huet hien d'Konzept vun der Miniaturiséierung agefouert an d'Méiglechkeet Technologien ze benotzen déi um Nanometerniveau funktionéiere kënnen. Bei dëser Geleeënheet huet hien zwee Auszeechnunge (sougenannte Feynman-Präisser) fir Leeschtungen an dësem Beräich etabléiert - all dausend Dollar.

1960 Den éischte Präis derfir enttäuscht Feynman. Hien huet ugeholl datt en technologeschen Duerchbroch néideg wier fir seng Ziler z'erreechen, awer deemools huet hien d'Potenzial vun der Mikroelektronik ënnerschat. De Gewënner war den 35 Joer ale Ingenieur William H. McLellan. Hien huet e Motor mat engem Gewiicht vun 250 Mikrogramm mat enger Kraaft vun 1 mW erstallt.

1968 Den Alfred Y. Cho an den John Arthur entwéckelen d'Epitaxiemethod. Et erlaabt d'Bildung vun Uewerflächemonoatomesche Schichten mat Hëllef vun Halbleitertechnologie - de Wuesstum vun neien Eenkristallschichten op engem existente kristalline Substrat, d'Struktur vum existente kristalline Substrat-Substrat duplizéieren. Eng Variatioun vun der Epitaxie ass d'Epitaxie vu molekulare Verbindungen, déi et méiglech mécht kristallinesch Schichten mat enger Dicke vun enger Atomschicht ze deposéieren. Dës Method gëtt an der Produktioun vu Quantepunkten a sougenannte dënnen Schichten benotzt.

1974 Aféierung vum Begrëff "Nanotechnologie". Et gouf fir d'éischt vum Universitéit Tokyo Fuerscher Norio Taniguchi op enger wëssenschaftlecher Konferenz benotzt. D'Definitioun vun der japanescher Physik bleift bis haut am Asaz a kléngt esou: "Nanotechnologie ass eng Produktioun déi Technologie benotzt, déi et erlaabt ganz héich Genauegkeet an extrem kleng Gréissten z'erreechen, d.h. Genauegkeet vun der Uerdnung vun 1 nm.

Visualiséierung vun engem Quantefall

80er an 90er D'Period vun der rapider Entwécklung vun der lithographescher Technologie an der Produktioun vun ultradënnen Schichten vu Kristalle. Déi éischt, MOCVD (), ass eng Method fir Schichten op der Uewerfläch vu Materialien ze deposéieren mat gasformen organometallesche Verbindungen. Dëst ass eng vun den epitaxialen Methoden, dohier säin alternativen Numm - MOSFE (). Déi zweet Method, MBE, erlaabt d'Oflagerung vu ganz dënnen Nanometerschichten mat enger präzis definéierter chemescher Zesummesetzung a präzis Verdeelung vum Gëftstoffkonzentratiounsprofil. Dëst ass méiglech wéinst der Tatsaach, datt d'Schichtkomponenten op de Substrat duerch getrennte molekulare Strahlen geliwwert ginn.

1981 De Gerd Binnig an den Heinrich Rohrer kreéieren de Scannentunnelmikroskop. Mat Hëllef vun de Kräfte vun interatomesche Interaktiounen erlaabt et Iech e Bild vun der Uewerfläch mat enger Resolutioun vun der Uerdnung vun der Gréisst vun engem eenzegen Atom ze kréien, andeems Dir d'Blade iwwer oder ënner der Uewerfläch vun der Probe passéiert. Am Joer 1989 gouf den Apparat benotzt fir eenzel Atomer ze manipuléieren. De Binnig an de Rohrer kruten 1986 den Nobelpräis an der Physik ausgezeechent.

1985 Louis Brus vu Bell Labs entdeckt kolloidal Hallefleit Nanokristalle (Quantepunkte). Si ginn definéiert als e klengt Raumberäich, dat an dräi Dimensiounen duerch potenziell Barrièren begrenzt ass, wann e Partikel mat enger Wellelängt vergläichbar mat der Gréisst vun engem Punkt erakënnt.

Cover vum Buch Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology vum C. Eric Drexler

1985 De Robert Floyd Curl, Jr., Harold Walter Kroto a Richard Erret Smalley entdecken Fullerenen, Moleküle, déi aus enger gläicher Zuel vu Kuelestoffatome besteet (vun 28 bis ongeféier 1500), déi en zouenen huel Kierper bilden. Déi chemesch Eegeschafte vu Fullerenen sinn a ville Hisiichte ähnlech wéi déi vun aromatesche Kuelewaasserstoffer. Fulleren C60, oder Buckminsterfulleren, wéi aner Fullerenen, ass eng allotropesch Form vu Kuelestoff.

1986-1992 C. Eric Drexler publizéiert zwee wichteg Bicher iwwer Futurologie déi Nanotechnologie populariséieren. Déi éischt, déi 1986 erauskomm ass, heescht Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology. Hie seet ënner anerem vir, datt zukünfteg Technologien déi eenzel Atomer kontrolléiert kënne manipuléieren. 1992 huet hien Nanosystems: Molecular Hardware, Manufacturing, and the Computational Idea publizéiert, déi am Tour virausgesot huet datt Nanomaschinne sech selwer reproduzéieren kënnen.

1989 Donald M. Aigler vun IBM setzt d'Wuert "IBM" - aus 35 Xenon Atomer - op eng Néckel Uewerfläch.

1991 Sumio Iijima vun NEC zu Tsukuba, Japan, entdeckt Kuelestoff Nanotubes, huel zylindresch Strukturen. Bis haut sinn déi bekanntst Kuelestoff Nanotubes, d'Maueren vun deenen aus gewalzten Grafen sinn. Et ginn och net-Kuelestoff Nanotubes an DNA Nanotubes. Déi dënnste Kuelestoff Nanotubes sinn op der Uerdnung vun engem Nanometer Duerchmiesser a kënne Millioune Mol méi laang sinn. Si hunn eng bemierkenswäert Spannkraaft an eenzegaarteg elektresch Eegeschaften, a sinn exzellent Hëtztleiter. Dës Eegeschafte maachen se verspriechend Materialien fir Uwendungen an der Nanotechnologie, Elektronik, Optik a Materialwëssenschaft.

1993 De Warren Robinett vun der University of North Carolina an de R. Stanley Williams vun der University of California, Los Angeles bauen e virtuelle Realitéit System verbonne mat engem Scannentunnelmikroskop, deen de Benotzer erlaabt Atomer ze gesinn a souguer ze beréieren.

1998 D'Cees Dekker Team vun der Delft University of Technology an Holland baut en Transistor deen Kuelestoff Nanotubes benotzt. De Moment probéieren d'Wëssenschaftler déi eenzegaarteg Eegeschafte vu Kuelestoff Nanotubes ze benotzen fir besser a méi séier Elektronik ze produzéieren déi manner Stroum verbrauchen. Dëst war limitéiert duerch eng Rei vu Faktoren, vun deenen e puer graduell iwwerwonne goufen, wat 2016 Fuerscher vun der University of Wisconsin-Madison gefouert hunn e Kuelestofftransistor mat bessere Parameteren ze kreéieren wéi déi bescht Silizium Prototypen. Fuerschung vum Michael Arnold a Padma Gopalan huet zu der Entwécklung vun engem Kuelestoff Nanotube Transistor gefouert, deen zweemol de Stroum vu sengem Silizium Konkurrent droe kann.

2003 Samsung patentéiert eng fortgeschratt Technologie baséiert op der Handlung vu mikroskopesche Sëlwerionen, déi Keimen, Schimmel a méi wéi sechshonnert Aarte vu Bakterien zerstéieren an hir Verbreedung verhënneren. Sëlwerpartikelen goufen an déi wichtegst Filtratiounssystemer vun der Firma agefouert - all Filteren an de Stëbskollektor oder Täsch.

2004 D'britesch Royal Society an d'Royal Academy of Engineering publizéieren de Bericht "Nanoscience and Nanotechnology: Opportunities and Uncertainties", a fuerdert Fuerschung iwwer déi potenziell Risiken vun der Nanotechnologie fir d'Gesondheet, d'Ëmwelt an d'Gesellschaft, andeems ethesch a juristesch Aspekter berücksichtegt ginn.

Nanomotor Modell op Fulleren Rieder

2006 Den James Tour, zesumme mat engem Team vu Wëssenschaftler vun der Rice University, baut e mikroskopesche "Van" aus engem Oligo (Phenylenethynylene) Molekül, d'Axen vun deenen aus Aluminiumatomer sinn, an d'Rieder aus C60 Fullerenen. Den Nanovehikel ass iwwer d'Uewerfläch bewegt, besteet aus Goldatomen, ënner dem Afloss vun der Temperaturerhéijung, wéinst der Rotatioun vu Fulleren "Rieder". Iwwer enger Temperatur vun 300 ° C huet et sou beschleunegt datt d'Chemiker et net méi konnten verfollegen ...

2007 Technion Nanotechnologen passen dat ganzt jiddescht "Alt Testament" an e Gebitt vu just 0,5 mm² Gold-plated Silicon wafer. Den Text gouf gravéiert andeems e fokusséierte Stroum vu Galliumionen op d'Plack geleet gouf.

2009-2010 Nadrian Seaman a Kollegen vun der New York University kreéieren eng Serie vun DNA-ähnlechen Nanomounts, an deenen synthetesch DNA Strukture programméiert kënne ginn fir aner Strukturen mat gewënschten Formen an Eegeschaften ze "produzéieren".

2013 IBM Wëssenschaftler kreéieren en animéierten Film, deen nëmme ka gekuckt ginn nodeems se 100 Millioune mol vergréissert sinn. Et gëtt "The Boy and His Atom" genannt a gëtt mat diatomesche Punkten eng Milliardstel Meter grouss gezeechent, déi eenzel Moleküle vu Kuelemonoxid sinn. De Cartoon weist e Jong deen als éischt mat engem Ball spillt an duerno op en Trampolin spréngt. Ee vun de Molekülle spillt och d'Roll vun engem Ball. All Aktioun fënnt op enger Kupferfläch statt, an d'Gréisst vun all Filmrahmen ass net méi wéi e puer Zénger vun Nanometer.

2014 Wëssenschaftler vun der ETH-Technologie-Universitéit zu Zürich hunn et fäerdeg bruecht eng porös Membran ze kreéieren déi manner wéi een Nanometer déck ass. D'Dicke vum Material kritt duerch nanotechnologesch Manipulatioun ass 100 XNUMX. mol méi kleng wéi déi vun engem Mënsch Hoer. Laut de Membere vum Team vun den Auteuren ass dëst dat dënnste poröse Material dat ka kréien an ass allgemeng méiglech. Et besteet aus zwou Schichten vun enger zweedimensionaler Grafenstruktur. D'Membran ass permeabel, awer nëmme fir kleng Partikelen, verlangsamt oder komplett méi grouss Partikelen.

2015 Eng molekulare Pompel gëtt erstallt, en Nanoskala-Apparat deen Energie vun engem Molekül op en anert iwwerdréit, an natierlech Prozesser mimikéiert. De Layout gouf vu Fuerscher um Weinberg Northwestern College of Arts and Sciences entworf. De Mechanismus erënnert un biologesche Prozesser a Proteinen. Et gëtt erwaart datt esou Technologien Applikatioun haaptsächlech an de Beräicher vun der Biotechnologie a Medizin fannen, zum Beispill a kënschtleche Muskelen.

2016 Laut enger Verëffentlechung an der wëssenschaftlecher Zäitschrëft Nature Nanotechnology, hunn d'Fuerscher vun der hollännescher Technescher Universitéit Delft banebriechend Single-Atom Späichermedien entwéckelt. Déi nei Method soll méi wéi fënnefhonnert Mol méi héich Späicherdensitéit ubidden wéi all Technologie déi momentan benotzt gëtt. D'Auteuren bemierken datt nach besser Resultater mat engem dreidimensionalen Modell vun der Plaz vun de Partikelen am Weltraum erreecht kënne ginn.

Klassifikatioun vun Nanotechnologien an Nanomaterialien

1. Nanotechnologesch Strukturen enthalen:

• Quantewellen, Drot a Punkten, d.h. verschidde Strukturen déi folgend Feature kombinéieren - d'raimlech Begrenzung vun de Partikelen an engem bestëmmte Gebitt duerch potenziell Barrièren;
• Plastik, d'Struktur vun deem op den Niveau vun eenzelne Molekülle kontrolléiert ass, duerch déi et méiglech ass, zum Beispill, Material mat onendlech mechanesch Eegeschaften ze kréien;
• kënschtlech Faseren - Material mat enger ganz präzis molekulare Struktur, och ënnerscheeden vun ongewéinlech mechanesch Eegeschaften;
• Nanotubes, supramolekulär Strukturen a Form vun huel Zylinder. Bis haut sinn déi bekanntst Kuelestoff Nanotubes, d'Maueren vun deenen aus gefalteten Graphen (monatomesche Grafitschichten) sinn. Et ginn och net-Kuelestoff Nanotubes (zum Beispill, aus Wolfram Sulfid) a vun DNA;
• Materialien zerquetscht a Form vu Stëbs, d'Käre vun deenen sinn zum Beispill Akkumulationen vun Metallatomer. Sëlwer () mat staarken antibakteriellen Eegeschaften gëtt vill an dëser Form benotzt;
• Nanowires (zum Beispill Sëlwer oder Kupfer);
• Elementer geformt mat Elektronenlithographie an aner Nanolithographiemethoden;
• fullerenes;
• graphene an aner zwee-zweedimensional Materialien (borophene, graphene, sechseckegen Bor nitride, silicene, germanene, Molybdän sulfide);
• Kompositmaterial verstäerkt mat Nanopartikelen.

Nanolithographesch Uewerfläch

2. D'Klassifikatioun vun Nanotechnologien an der Systematik vun de Wëssenschaften, entwéckelt am Joer 2004 vun der Organisatioun fir wirtschaftlech Zesummenaarbecht an Entwécklung (OECD):

• Nanomaterialien (Produktioun an Eegeschaften);
• Nanoprozesser (nanoscale Uwendungen - Biomaterialien gehéieren zu der industrieller Biotechnologie).

3. Nanomaterialien sinn all Material an deenen et regelméisseg Strukturen um molekulare Niveau sinn, d.h. net méi wéi 100 Nanometer.

Dës Limit kann op d'Gréisst vun den Domainen als Basis Eenheet vun der Mikrostruktur bezéien, oder op d'Dicke vun de Schichten, déi op de Substrat kritt oder deposéiert ginn. An der Praxis ass d'Limite, déi un Nanomaterialien zougeschriwwe gëtt, anescht fir Materialien mat verschiddene Leeschtungseigenschaften - et ass haaptsächlech mat der Erscheinung vu spezifesche Eegeschafte verbonne wann se iwwerschratt ginn. Duerch d'Reduktioun vun der Gréisst vun de bestallte Strukture vu Materialien ass et méiglech hir physeschchemesch, mechanesch an aner Eegeschafte wesentlech ze verbesseren.

Nanomaterialien kënnen an de folgende véier Gruppen opgedeelt ginn:

• nulldimensional (Punkt Nanomaterialien) - zum Beispill Quantepunkter, Sëlwer Nanopartikel;
• eendimensional - zum Beispill, Metall oder Hallefleit Nanowires, Nanoroden, Polymer Nanofaser;
• zweedimensional - zum Beispill, Nanometer Schichten vun enger Phase oder Multi-Phase Typ, graphene an aner Material mat enger Dicke vun engem Atom;
• dreidimensional (oder nanocrystalline) - besteet aus kristallineschen Domainen an Akkumulationen vu Phasen mat Gréissten vun der Uerdnung vun Nanometer oder Komposite verstäerkt mat Nanopartikelen.