Историја на пронајдоци - нанотехнологија

Веќе околу 600 п.н.е. луѓето произведуваа нанотипни структури, т.е. цементитни нишки во челик, наречени Wootz. Ова се случи во Индија и ова може да се смета за почеток на историјата на нанотехнологијата.

VI-XV стр. Во боите што се користат во овој период за боење на витражи се користат златни хлоридни наночестички, хлориди на други метали, како и метални оксиди.

IX-XVII век На многу места во Европа се произведуваат „блескави“ и други материи за да и дадат сјај на керамиката и другите производи. Тие содржеле наночестички од метали, најчесто сребро или бакар.

XIII-xviii w. „Дамаск челикот“ произведен во овие векови, од кој е направено светски познатото бело оружје, содржи јаглеродни наноцевки и нановлакна од цементит.

1857 Мајкл Фарадеј открива колоидно злато со рубин боја, карактеристично за златни наночестички.

1931 Макс Нол и Ернст Руска градат електронски микроскоп во Берлин, првиот уред кој ја гледа структурата на наночестичките на атомско ниво. Колку е поголема енергијата на електроните, толку е помала нивната бранова должина и толку е поголема резолуцијата на микроскопот. Примерокот е во вакуум и најчесто покриен со метален филм. Електронскиот зрак поминува низ испитуваниот објект и влегува во детекторите. Врз основа на измерените сигнали, електронските уреди ја рекреираат сликата на примерокот за тестирање.

1936 Ервин Милер, кој работи во лабораториите на Сименс, го измислил микроскопот за емисии на поле, наједноставниот облик на емисиониот електронски микроскоп. Овој микроскоп користи силно електрично поле за емисии на терен и сликање.

1950 Виктор Ла Мер и Роберт Динегар ги создаваат теоретските основи за техниката на добивање монодисперзни колоидни материјали. Ова овозможи производство на специјални видови хартија, бои и тенки филмови во индустриски размери.

1956 Артур фон Хипел од Технолошкиот институт во Масачусетс (МИТ) го измислил терминот „молекуларен инженеринг“.

1959 Ричард Фајнман предава на тема „Има многу простор на дното“. Започнувајќи со замислување што е потребно за да се постави 24-томна Encyclopædia Britannica на глава, тој го воведе концептот на минијатуризација и можноста за користење технологии кои можат да работат на нанометарско ниво. Во оваа прилика тој востанови две награди (т.н. Фејнманови награди) за достигнувања во оваа област - по илјада долари.

1960 Исплатата на првата награда го разочара Фејнман. Тој претпоставуваше дека ќе биде потребен технолошки напредок за да ги постигне своите цели, но во тоа време го потцени потенцијалот на микроелектрониката. Победник беше 35-годишниот инженер Вилијам Х. Меклелан. Тој создаде мотор тежок 250 микрограми, со моќност од 1 mW.

1968 Алфред И. Чо и Џон Артур го развиваат методот на епитаксија. Овозможува формирање на површински моноатомски слоеви користејќи технологија на полупроводници - раст на нови еднокристални слоеви на постоечка кристална подлога, дуплирајќи ја структурата на постојната кристална подлога. Варијација на епитаксијата е епитаксијата на молекуларните соединенија, што овозможува таложење на кристални слоеви со дебелина од еден атомски слој. Овој метод се користи во производството на квантни точки и таканаречени тенки слоеви.

1974 Воведување на поимот „нанотехнологија“. За прв пат го користеше истражувачот од Универзитетот во Токио, Норио Танигучи на научна конференција. Дефиницијата за јапонската физика останува во употреба до ден-денес и звучи вака: „Нанотехнологијата е производство што користи технологија што овозможува постигнување многу висока точност и екстремно мали димензии, т.е. точност од редот од 1 nm.

Визуелизација на квантен пад

80 и 90 година Период на брз развој на литографската технологија и производство на ултратенки слоеви на кристали. Првиот, MOCVD(), е метод за депонирање на слоеви на површината на материјалите користејќи гасовити органометални соединенија. Ова е еден од епитаксијалните методи, па оттука и неговото алтернативно име - MOSFE (). Вториот метод, MBE, овозможува таложење на многу тенки нанометарски слоеви со прецизно дефиниран хемиски состав и прецизна распределба на профилот на концентрација на нечистотијата. Ова е можно поради фактот што компонентите на слојот се доставуваат до подлогата со посебни молекуларни греди.

1981 Герд Биниг и Хајнрих Рорер го создаваат микроскопот за скенирање на тунели. Користејќи ги силите на меѓуатомските интеракции, ви овозможува да добиете слика на површината со резолуција од редот на големината на еден атом, со поминување на сечилото над или под површината на примерокот. Во 1989 година, уредот беше користен за манипулирање со поединечни атоми. Биниг и Рорер ја добија Нобеловата награда за физика во 1986 година.

1985 Луис Брус од Bell Labs открива колоидни полупроводнички нанокристали (квантни точки). Тие се дефинирани како мала површина на просторот ограничена во три димензии со потенцијални бариери кога ќе влезе честичка со бранова должина споредлива со големината на точка.

Корица на книгата Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology од C. Eric Drexler

1985 Роберт Флојд Карл, Џуниор, Харолд Волтер Крото и Ричард Ерет Смали откриваат фулерени, молекули составени од парен број јаглеродни атоми (од 28 до околу 1500) кои формираат затворено шупливо тело. Хемиските својства на фулерените се во многу аспекти слични на оние на ароматичните јаглеводороди. Фулерен C60, или бакминстерфулерен, како и другите фулерени, е алотропен облик на јаглерод.

1986-1992 Ерик Дрекслер објавува две важни книги за футурологија кои ја популаризираат нанотехнологијата. Првиот, издаден во 1986 година, се нарекува Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology. Тој, меѓу другото, предвидува дека идните технологии ќе можат да манипулираат со поединечни атоми на контролиран начин. Во 1992 година, тој го објави Nanosystems: Molecular Hardware, Manufacturing, and the Computational Idea, кој пак предвиде дека наномашините можат да се репродуцираат самите себе.

1989 Доналд М. Ајглер од IBM го става зборот „IBM“ - направен од 35 атоми на ксенон - на површина на никел.

1991 Сумио Ииџима од NEC во Цукуба, Јапонија, открива јаглеродни наноцевки, шупливи цилиндрични структури. До денес, најпознатите јаглеродни наноцевки, чии ѕидови се направени од валани графен. Постојат, исто така, не-јаглеродни наноцевки и ДНК наноцевки. Најтенките јаглеродни наноцевки се со дијаметар од еден нанометар и можат да бидат милиони пати подолги. Тие имаат извонредна цврстина на истегнување и уникатни електрични својства и се одлични спроводници на топлина. Овие својства ги прават ветувачки материјали за примена во нанотехнологијата, електрониката, оптиката и науката за материјалите.

1993 Ворен Робинет од Универзитетот во Северна Каролина и Р. Стенли Вилијамс од UCLA градат систем за виртуелна реалност поврзан со микроскоп за скенирање тунели кој му овозможува на корисникот да гледа, па дури и да допира атомите.

1998 Тимот на Cees Dekker од Технолошкиот универзитет Делфт во Холандија гради транзистор кој користи јаглеродни наноцевки. Во моментов, научниците се обидуваат да ги искористат уникатните својства на јаглеродните наноцевки за да произведат подобра и побрза електроника која троши помалку електрична енергија. Ова беше ограничено од голем број фактори, од кои некои постепено беа надминати, што во 2016 година ги наведе истражувачите од Универзитетот во Висконсин-Медисон да создадат јаглероден транзистор со подобри параметри од најдобрите силиконски прототипови. Истражувањата на Мајкл Арнолд и Падма Гопалан доведоа до развој на транзистор од јаглеродна наноцевка кој може да носи два пати поголема струја од својот силиконски конкурент.

2003 Samsung патентира напредна технологија заснована на дејство на микроскопски сребрени јони за убивање на бактерии, мувла и повеќе од шестотини видови бактерии и спречување на нивното ширење. Сребрените честички се воведени во најважните системи за филтрирање на компанијата - сите филтри и колекторот за прашина или вреќата.

2004 Британското кралско друштво и Кралската академија за инженерство го објавуваат извештајот „Нанонаука и нанотехнологија: можности и несигурности“, повикувајќи на истражување на потенцијалните ризици од нанотехнологијата за здравјето, животната средина и општеството, земајќи ги предвид етичките и правните аспекти.

Наномоторски модел на фулеренски тркала

2006 Џејмс Тур, заедно со тим на научници од Универзитетот Рајс, конструира микроскопско „комбе“ од молекулата олиго (фениленетинилен), чии оски се направени од атоми на алуминиум, а тркалата се направени од фулерени C60. Нановозилото се движело над површината, составена од златни атоми, под влијание на зголемување на температурата, поради ротацијата на фулеренските „тркала“. Над температура од 300 ° C, тој се забрза толку многу што хемичарите повеќе не можеа да го следат ...

2007 Технионските нанотехнолозите го вклопуваат целиот еврејски „стар завет“ на површина од само 0,5 mm² позлатена силиконска нафора. Текстот беше врежан со насочување на фокусиран проток на јони на галиум на плочата.

2009-2010 Надријан Симан и неговите колеги од Универзитетот во Њујорк создаваат серија нано-приклучоци слични на ДНК во кои синтетичките структури на ДНК можат да се програмираат да „произведат“ други структури со посакуваните форми и својства.

2013 Научниците од IBM создаваат анимиран филм кој може да се погледне само откако ќе се зголеми 100 милиони пати. Наречена е „Момчето и неговиот атом“ и е нацртана со двоатомски точки во големина од една милијардити дел од метар, кои се единечни молекули на јаглерод моноксид. Цртаниот филм прикажува момче кое прво игра со топка, а потоа скока на трамболина. Една од молекулите игра и улога на топка. Целото дејство се одвива на бакарна површина, а големината на секоја филмска рамка не надминува неколку десетици нанометри.

2014 Научниците од Универзитетот за технологија ETH во Цирих успеаја да создадат порозна мембрана дебела помала од еден нанометар. Дебелината на материјалот добиен со нанотехнолошка манипулација е 100 XNUMX. пати помала од онаа на човечко влакно. Според членовите на тимот на автори, ова е најтенкиот порозен материјал што можел да се добие и генерално е возможен. Се состои од два слоја на дводимензионална структура на графен. Мембраната е пропустлива, но само за мали честички, забавувајќи или целосно заробувајќи поголеми честички.

2015 Се создава молекуларна пумпа, нано уред кој пренесува енергија од една молекула во друга, имитирајќи природни процеси. Распоредот е дизајниран од истражувачи од Северозападниот колеџ за уметности и науки Вајнберг. Механизмот потсетува на биолошки процеси во протеините. Се очекува дека таквите технологии ќе најдат примена главно во областите на биотехнологијата и медицината, на пример, во вештачките мускули.

2016 Според публикацијата во научното списание Nature Nanotechnology, истражувачите од Холандскиот технички универзитет Делфт развиле револуционерни медиуми за складирање со еден атом. Новиот метод треба да обезбеди повеќе од петстотини пати поголема густина на складирање од која било тековно користена технологија. Авторите забележуваат дека уште подобри резултати може да се постигнат со користење на тридимензионален модел на локацијата на честичките во вселената.

Класификација на нанотехнологиите и наноматеријалите

1. Нанотехнолошките структури вклучуваат:

• квантни бунари, жици и точки, т.е. различни структури кои ја комбинираат следната карактеристика - просторно ограничување на честичките во одредена област преку потенцијални бариери;
• пластика, чија структура се контролира на ниво на поединечни молекули, благодарение на што е можно, на пример, да се добијат материјали со невидени механички својства;
• вештачки влакна - материјали со многу прецизна молекуларна структура, исто така се одликуваат со необични механички својства;
• наноцевки, супрамолекуларни структури во форма на шупливи цилиндри. До денес, најпознатите јаглеродни наноцевки, чии ѕидови се направени од преклопен графен (монатомски графитни слоеви). Постојат, исто така, нејаглеродни наноцевки (на пример, од волфрам сулфид) и од ДНК;
• материјали згмечени во форма на прашина, чии зрна се, на пример, акумулации на метални атоми. Среброто () со силни антибактериски својства е широко користено во оваа форма;
• наножици (на пример, сребро или бакар);
• елементи формирани со помош на електронска литографија и други методи на нанолитографија;
• фулерени;
• графен и други дводимензионални материјали (борофен, графен, хексагонален бор нитрид, силицен, германен, молибден сулфид);
• композитни материјали засилени со наночестички.

Нанолитографска површина

2. Класификацијата на нанотехнологиите во систематиката на науките, развиена во 2004 година од Организацијата за економска соработка и развој (ОЕЦД):

• наноматеријали (производство и својства);
• нанопроцеси (нано-апликации - биоматеријалите припаѓаат на индустриската биотехнологија).

3. Наноматеријали се сите материјали во кои има правилни структури на молекуларно ниво, т.е. не повеќе од 100 нанометри.

Оваа граница може да се однесува на големината на домените како основна единица на микроструктурата или на дебелината на слоевите добиени или депонирани на подлогата. Во пракса, границата под која им се припишува на наноматеријалите е различна за материјали со различни карактеристики на изведба - главно е поврзана со појавата на специфични својства кога се надминуваат. Со намалување на големината на нарачаните структури на материјалите, можно е значително да се подобрат нивните физичко-хемиски, механички и други својства.

Наноматеријалите може да се поделат во следните четири групи:

• нулта-димензионална (точки наноматеријали) - на пример, квантни точки, сребрени наночестички;
• еднодимензионални – на пример, метални или полупроводнички наножици, нанопрачки, полимерни нановлакна;
• дводимензионални – на пример, нанометарски слоеви од еднофазен или повеќефазен тип, графен и други материјали со дебелина од еден атом;
• тридимензионални (или нанокристални) - се состојат од кристални домени и акумулации на фази со големини од редот на нанометри или композити засилени со наночестички.