Таърихи ихтироот - нанотехнология

Аллакай тақрибан дар соли 600 пеш аз милод. одамон сохторҳои нанотипӣ истеҳсол мекарданд, яъне риштаҳои сементитӣ дар пӯлод, ки Wootz ном доранд. Ин дар Ҳиндустон рух дод ва онро метавон оғози таърихи нанотехнология арзёбӣ кард.

VI-XV асри. Рангҳое, ки дар ин давра барои ранг кардани витражҳо истифода мешаванд, нанозаррачаҳои хлориди тилло, хлоридҳои дигар металлҳо, инчунин оксидҳои металлиро истифода мебаранд.

IX-XVII в. Дар бисьёр чойхои Европа барои дурахшо-ни сафолй ва махсулоти дигар «дурахшон» ва дигар моддахо истехсол карда мешаванд. Дар онҳо нанозарраҳои металлҳо, аксар вақт нуқра ё мис мавҷуданд.

XIII-xviii w. «Пӯлоди Димишқ», ки дар ин асрҳо истеҳсол шудааст, ки аз он силоҳи сафеди машҳури ҷаҳонӣ сохта шудааст, нанотубаҳои карбон ва нанофилҳои сементитӣ дорад.

1857 Майкл Фарадей тиллои коллоидии ёқутро кашф кард, ки хоси нанозарраҳои тилло аст.

1931 Макс Нолл ва Эрнст Руска дар Берлин микроскопи электрониро месозанд, ки аввалин дастгоҳест, ки сохтори нанозарраҳоро дар сатҳи атом дидааст. Чӣ қадаре ки энергияи электронҳо зиёд бошад, дарозии мавҷи онҳо ҳамон қадар кӯтоҳтар ва равшании микроскоп баландтар аст. Намуна дар вакуум аст ва аксар вақт бо плёнкаи металлӣ пӯшида мешавад. Шуои электронй аз объекти санчидашуда гузашта, ба детекторхо дохил мешавад. Дар асоси сигналҳои ченшуда, дастгоҳҳои электронӣ тасвири намунаи санҷиширо дубора эҷод мекунанд.

1936 Эрвин Мюллер, ки дар Лабораторияҳои Сименс кор мекунад, микроскопи саҳроиро ихтироъ мекунад, ки шакли соддатарини микроскопи электронии эмиссия мебошад. Ин микроскоп майдони пурқуввати электрикиро барои партовҳои саҳроӣ ва тасвир истифода мебарад.

1950 Виктор Ла Мер ва Роберт Динегар барои техникаи ба даст овардани маводи коллоидҳои монодисперсӣ асосҳои назариявӣ эҷод мекунанд. Ин имконият дод, ки дар микьёси саноатй навъхои махсуси когаз, ранг ва плёнкахои тунук истехсол карда шаванд.

1956 Артур фон Гиппел аз Донишкадаи технологии Массачусетс (MIT) истилоҳи "муҳандисии молекулавӣ"-ро ба вуҷуд овард.

1959 Ричард Фейнман дар мавзӯи "Дар поён ҷой фаровон аст" лексия мекунад. Вай аз тасаввур кардани он, ки барои дар сари 24 ҷилд ҷойгир кардани Энсиклопедияи Британика чӣ лозим аст, оғоз намуда, мафҳуми миниатюризатсия ва имкони истифодаи технологияҳоеро муаррифӣ кард, ки дар сатҳи нанометрӣ кор карда метавонанд. Ба ин муносибат ӯ барои дастовардҳо дар ин самт ду ҷоиза (ба истилоҳ Ҷоизаҳои Фейнман) таъсис дод - ҳар кадомаш ҳазор доллар.

1960 Пардохти ҷоизаи аввал Фейнманро ноумед кард. Вай тахмин мекард, ки барои ноил шудан ба ҳадафҳои худ як пешравии технологӣ лозим аст, аммо дар он вақт вай иқтидори микроэлектроникаро нодида гирифт. Ғолиб муҳандиси 35-сола Вильям Ҳ. МакЛеллан гардид. Вай моторе сохт, ки вазнаш 250 микрограмм буда, иктидори 1 мВт мебошад.

1968 Алфред Ю Чо ва Ҷон Артур усули эпитаксияро таҳия мекунанд. Он имкон медихад, ки бо истифода аз технологияи нимноқилӣ қабатҳои моноатомии рӯизаминӣ - афзоиши қабатҳои нави яккристаллӣ дар субстрати кристаллии мавҷуда, такрор кардани сохтори субстрати мавҷудаи кристаллӣ. Варианти эпитаксия ин эпитаксияи пайвастагиҳои молекулавӣ мебошад, ки имкон медиҳад қабатҳои кристаллӣ бо ғафсии як қабати атомӣ ҷойгир карда шаванд. Ин усул дар истеҳсоли нуқтаҳои квантӣ ва ба ном қабатҳои тунук истифода мешавад.

1974 Пешниҳоди истилоҳи «нанотехнология». Онро бори аввал муҳаққиқи Донишгоҳи Токио Норио Танигучи дар як конфронси илмӣ истифода кардааст. Таърифи физикаи ҷопонӣ то имрӯз дар истифода боқӣ мондааст ва чунин садо медиҳад: «Нанотехнология истеҳсолотест, ки бо истифода аз технологияе, ки имкон медиҳад дақиқии хеле баланд ва андозаҳои ниҳоят хурд ба даст оварда шавад, яъне. дурустии тартиби 1 nm.

Визуалии қатраи квантӣ

Солҳои 80 ва 90 Давраи тараккиёти босуръати техникаи литографй ва хосил намудани кабатхои ультра тунуки кристаллхо. Якум, MOCVD (), усули гузоштани қабатҳо дар рӯи мавод бо истифода аз пайвастагиҳои органикии металлии газӣ мебошад. Ин яке аз усулҳои эпитаксиалӣ мебошад, аз ин рӯ номи алтернативии он - MOSFE (). Усули дуюм, MBE, имкон медиҳад, ки қабатҳои хеле тунуки нанометрӣ бо таркиби химиявии дақиқ муайяншуда ва тақсимоти дақиқи профили консентратсияи ифлосиҳо гузошта шаванд. Ин ба туфайли он имконпазир аст, ки ҷузъҳои қабат ба субстрат тавассути нурҳои алоҳидаи молекулавӣ дода мешаванд.

1981 Герд Бинниг ва Ҳенрих Рорер микроскопи сканкунии нақбсозиро эҷод мекунанд. Бо истифода аз қувваҳои мутақобилаи байниатомӣ, он ба шумо имкон медиҳад, ки тасвири сатҳро бо ҳалли тартиби андозаи як атом тавассути гузариш аз болои ё поён аз сатҳи намуна ба даст оред. Дар соли 1989 дастгоҳ барои коркарди атомҳои алоҳида истифода мешуд. Бинниг ва Рорер соли 1986 дар физика ҷоизаи Нобелро гирифтанд.

1985 Луис Брюс аз Bell Labs нанокристаллҳои коллоидии нимноқилро кашф кард (нуқтаҳои квантӣ). Онҳо ҳамчун як майдони хурди фазо муайян карда мешаванд, ки дар се андоза бо монеаҳои эҳтимолӣ маҳдуданд, вақте ки заррае бо дарозии мавҷ бо андозаи нуқта муқоиса карда мешавад.

Муқоваи китоби Муҳаррикҳои офариниш: Давраи ояндаи нанотехнология аз ҷониби C. Эрик Дрекслер

1985 Роберт Флойд Кёрл, Ҷр., Ҳаролд Уолтер Крото ва Ричард Эррет Смолли, фуллеренҳоро кашф карданд, молекулаҳое, ки аз шумораи ҷуфти атомҳои карбон (аз 28 то тақрибан 1500) иборатанд, ки ҷисми пушидаро ташкил медиҳанд. Хусусиятҳои химиявии фуллеренҳо аз бисёр ҷиҳат ба хосиятҳои карбогидридҳои хушбӯй монанданд. Фуллерен C60, ё бакминстерфуллерен, ба монанди дигар фуллеренҳо, як шакли аллотропии карбон аст.

1986-1992 C. Эрик Дрекслер ду китоби муҳимро оид ба футурология нашр мекунад, ки нанотехнологияро маъмул мекунанд. Якум, ки соли 1986 нашр шудааст, "Муҳаррикҳои Эҷод: Давраи ояндаи нанотехнология" ном дорад. Вай, аз ҷумла, пешгӯӣ мекунад, ки технологияҳои оянда метавонанд атомҳои алоҳидаро ба таври идорашаванда идора кунанд. Дар соли 1992 ӯ «Наносистемаҳо: сахтафзори молекулавӣ, истеҳсолот ва идеяи ҳисоббарорӣ»-ро нашр кард, ки дар навбати худ пешгӯӣ карда буд, ки наномашинаҳо метавонанд худро дубора тавлид кунанд.

1989 Доналд М. Айглер аз IBM калимаи "IBM" -ро, ки аз 35 атоми ксенон сохта шудааст, дар рӯи никел мегузорад.

1991 Сумио Иидзима аз NEC дар Цукубаи Ҷопон нанотубаҳои карбон, сохторҳои силиндрии холӣ кашф мекунад. То имрӯз, нанотубаҳои карбон, ки деворҳои онҳо аз графен печонида шудаанд, маълуманд. Нанотубаҳои ғайрикарбон ва нанотубаҳои ДНК низ мавҷуданд. Тунуктарин нанотубаҳои карбон дар диаметри як нанометр ҳастанд ва метавонанд миллионҳо маротиба дарозтар бошанд. Онҳо дорои қувваи назарраси кашиш ва хосиятҳои беназири электрикӣ мебошанд ва гузаронандагии аълои гармӣ мебошанд. Ин хосиятҳо онҳоро барои татбиқи нанотехнология, электроника, оптика ва материалшиносӣ ба маводи ояндадор табдил медиҳанд.

1993 Уоррен Робинетт аз Донишгоҳи Каролинаи Шимолӣ ва Р. Стэнли Уилямс аз UCLA як системаи воқеияти виртуалӣ месозанд, ки ба микроскопи сканкунии нақбсозӣ алоқаманд аст, ки ба корбар имкон медиҳад атомҳоро бубинад ва ҳатто ламс кунад.

1998 Гурӯҳи Cees Dekker дар Донишгоҳи Технологии Делфт дар Нидерландия транзистор месозад, ки нанотубаҳои карбонро истифода мебарад. Дар айни замон, олимон кӯшиш мекунанд, ки хосиятҳои нодири нанотубаҳои карбонро истифода баранд, то электроникаи беҳтар ва тезтарро тавлид кунанд, ки нерӯи барқро камтар истеъмол мекунанд. Ин бо як қатор омилҳо маҳдуд буд, ки баъзеи онҳо тадриҷан бартараф карда шуданд, ки дар соли 2016 муҳаққиқони Донишгоҳи Висконсин-Мэдисонро водор карданд, ки транзистори карбонро бо параметрҳои беҳтар аз беҳтарин прототипҳои кремний эҷод кунанд. Тадқиқоти Майкл Арнолд ва Падма Гопалан боиси таҳияи транзистори нанотубаи карбон гардид, ки метавонад ду маротиба аз рақиби кремнийи худро интиқол диҳад.

2003 Samsung технологияи пешрафтаеро, ки дар асоси амали ионҳои нуқраи микроскопӣ барои нест кардани микробҳо, қолабҳо ва беш аз шашсад намуди бактерияҳо ва пешгирии паҳншавии онҳо асос ёфтааст, патент медиҳад. Зарраҳои нуқра ба муҳимтарин системаҳои филтратсия дар чангкашаки ширкат - ҳама филтрҳо ва коллектор ё халта ворид карда шуданд.

2004 Ҷамъияти шоҳии Бритониё ва Академияи шоҳии муҳандисӣ гузориши "Наноилм ва нанотехнология: Имкониятҳо ва номуайяниҳо" нашр карда, хостори таҳқиқи хатарҳои эҳтимолии нанотехнология барои саломатӣ, муҳити зист ва ҷомеа бо назардошти ҷанбаҳои ахлоқӣ ва ҳуқуқӣ шудааст.

Модели наномотор дар чархҳои фуллерен

2006 Ҷеймс Тур якҷо бо як гурӯҳи олимони Донишгоҳи Райс аз молекулаи олиго (фениленэтинилен) як микроскопӣ "фургон" сохта истодааст, ки меҳварҳои он аз атомҳои алюминий ва чархҳо аз фуллеренҳои C60 сохта шудаанд. Мошини нановое, ки аз атомхои тилло иборат аст, дар зери таъсири баланд шудани харорат аз хисоби гардиши «чарххои» фуллеренй дар болои сатх харакат мекард. Болотар аз ҳарорати 300 ° C он чунон суръат гирифт, ки химикҳо дигар онро пайгирӣ карда натавонистанд ...

2007 Нанотехнологҳои Technion тамоми "Аҳди Қадим"-и яҳудиро дар майдони ҳамагӣ 0,5 мм ҷойгир мекунанд.² пластинкаи силиконй бо тиллопушташуда. Матн тавассути равона кардани ҷараёни мутамаркази ионҳои галлий ба табақ кандакорӣ карда шудааст.

2009-2010 Надриан Симан ва ҳамкорон дар Донишгоҳи Ню-Йорк як қатор наномаҳои ба ДНК монандро эҷод мекунанд, ки дар онҳо сохторҳои ДНК-и синтетикиро барои “истеҳсоли” сохторҳои дигар бо шакл ва хосиятҳои дилхоҳ барномарезӣ кардан мумкин аст.

2013 Олимони IBM як филми аниматсионӣ эҷод мекунанд, ки онро танҳо пас аз 100 миллион маротиба калон кардан мумкин аст. Он "Писар ва атоми ӯ" ном дорад ва бо нуқтаҳои дуатоми як миллиарду як метр, ки молекулаҳои ягонаи оксиди карбон мебошанд, кашида шудаанд. Дар мультфильм писарбача тасвир шудааст, ки аввал бо тӯб бозӣ мекунад ва баъд ба батут меҷаҳид. Яке аз молекулаҳо инчунин нақши тӯбро мебозад. Хамаи амалиёт дар руи мис сурат мегирад ва хачми хар як кадри плёнка аз якчанд даххо нанометр зиёд нест.

2014 Олимони Донишгоҳи технологии ETH дар Сюрих муваффақ шуданд, ки ғафсӣ аз як нанометр камтар аз як мембранаи ковокӣ эҷод кунанд. Ғафсии маводе, ки тавассути коркарди нанотехнологӣ ба даст омадааст, 100 XNUMX аст. маротиба хурдтар аз мӯи инсон. Ба гуфтаи аъзоёни гурӯҳи муаллифон, ин бориктарин маводи ковокест, ки ба даст овардан мумкин аст ва умуман имконпазир аст. Он аз ду қабати сохтори дученакаи графен иборат аст. Мембрана гузаранда аст, аммо танҳо ба зарраҳои хурд, зарраҳои калонтарро суст мекунад ё пурра мебандад.

2015 Насоси молекулавӣ, дастгоҳи наномикёс, ки энергияро аз як молекула ба молекулаи дигар интиқол медиҳад, сохта мешавад, ки равандҳои табииро тақлид мекунад. Тарҳ аз ҷониби муҳаққиқони Коллеҷи санъат ва илмҳои шимолу ғарбии Вайнберг тарҳрезӣ шудааст. Механизм равандҳои биологиро дар сафедаҳо ба хотир меорад. Интизор меравад, ки чунин технологияҳо асосан дар соҳаҳои биотехнология ва тиб, масалан, дар мушакҳои сунъӣ татбиқ мешаванд.

2016 Тибқи як нашрия дар маҷаллаи илмии Nature Nanotechnology, муҳаққиқони Донишгоҳи техникии Ҳолланд Делфт васоити нигаҳдории ягонаи атомиро таҳия кардаанд. Усули нав бояд зичии бештар аз панчсад баробар зичии захираи хар як технологияи дар айни замон истифодашавандаро таъмин намояд. Муаллифон кайд мекунанд, ки бо истифода аз модели сеченакаи чойгиршавии заррачахо дар фазо натичахои боз хам бехтар ба даст овардан мумкин аст.

Таснифи нанотехнологияҳо ва наноматериалҳо

1. Сохторҳои нанотехнологӣ инҳоро дар бар мегиранд:

• чоҳҳои квантӣ, симҳо ва нуқтаҳо, яъне. сохторҳои гуногун, ки хусусияти зеринро муттаҳид мекунанд - маҳдудияти фазоии зарраҳо дар минтақаи муайян тавассути монеаҳои эҳтимолӣ;
• пластмасса, ки сохти онхо дар сатхи молекулахои алохида идора карда мешавад, ба шарофати онхо масалан, масолехи дорой хосиятхои механикии мислаш диданашуда гирифтан мумкин аст;
• наххои сунъй — материалхое, ки сохти хеле дакики молекулавй доранд, инчунин бо хосиятхои механикии гайриоддй фарк мекунанд;
• нанотубаҳо, сохторҳои супрамолекулӣ дар шакли цилиндрҳои холӣ. То имрӯз, нанотубаҳои карбон, ки деворҳои онҳо аз графен (қабатҳои графитҳои моноатомӣ) сохта шудаанд, маълуманд. Инчунин нанотубаҳои ғайрикарбонӣ (масалан, аз сулфиди волфрам) ва аз ДНК мавҷуданд;
• масолех, ки дар шакли чанг майда карда мешаванд, донахои онхо, масалан, чамъшавии атомхои металл мебошанд. Дар ин шакл нуқра () дорои хосиятҳои зиддибактериявии қавӣ ба таври васеъ истифода мешавад;
• нановимҳо (масалан, нуқра ё мис);
• элементҳое, ки бо истифодаи литографияи электронӣ ва дигар усулҳои нанолитография ташкил карда мешаванд;
• фуллерен;
• графен ва дигар материалхои дучанд (борофен, графен, нитриди бор шашкунча, силицен, германен, сулфиди молибден);
• маводи таркибӣ, ки бо нанозаррачаҳо мустаҳкам карда шудаанд.

Сатҳи нанолитографӣ

2. Таснифи нанотехнологияҳо дар систематикаи илмҳо, ки соли 2004 аз ҷониби Созмони ҳамкории иқтисодӣ ва рушд (OECD) таҳия шудааст:

• наноматериалҳо (истеҳсол ва хосиятҳо);
• нанопроцессҳо (барномаҳои наномикёс - биоматериалҳо ба биотехнологияи саноатӣ тааллуқ доранд).

3. Наноматериалҳо ҳама маводҳое мебошанд, ки дар онҳо сохторҳои муқаррарӣ дар сатҳи молекулавӣ мавҷуданд, яъне. на бештар аз 100 нанометр.

Ин маҳдудият метавонад ба андозаи доменҳо ҳамчун воҳиди асосии микроструктура ё ғафсии қабатҳои дар субстрат гирифташуда ё ҷойгиршуда ишора кунад. Дар амал, маҳдудияте, ки дар поён ба наноматериалҳо нисбат дода мешавад, барои маводҳои дорои хосиятҳои гуногуни иҷроиш фарқ мекунад - он асосан бо пайдоиши хосиятҳои мушаххас ҳангоми гузаштан алоқаманд аст. Бо рохи кам кардани хачми конструкцияхои фармоишии материалхо хусусиятхои физикию химиявй, механикй ва гайраро хеле бехтар кардан мумкин аст.

Наноматериалҳоро ба чор гурӯҳи зерин тақсим кардан мумкин аст:

• сифр-ченака (наноматериалҳои нуқта) - масалан, нуқтаҳои квантӣ, нанозарраҳои нуқра;
• якченака – масалан, нано симҳои металлӣ ё нимноқилҳо, наноҷилҳо, нанофилҳои полимерӣ;
• дучанд – масалан, қабатҳои нанометрии навъи якфаза ё бисёрфаза, графен ва дигар маводҳо бо ғафсии як атом;
• се андоза (ё нанокристаллӣ) - аз доменҳои кристаллӣ ва ҷамъшавии фазаҳо бо андозаи тартиби нанометрҳо ё композитҳои бо нанозаррача мустаҳкамшуда иборатанд.