Різниця між підходом зверху вниз та знизу вгору в нанотехнології

Підхід зверху вниз проти низу вгору в нанотехнологіях

Нанотехнологія - це розробка, розробка або маніпулювання в нанометровій (мільярдній частині метра) шкалі. Розмір об'єкта, що має справу, повинен бути меншим, ніж сто нанометрів, принаймні в одному вимірі, щоб називати щось нанотехнологією. У нанотехнології є два підходи до проектування, відомі як «зверху вниз» і «знизу вгору». Обидва підходи корисні для різних типів застосувань.

Підхід зверху вниз

При підході зверху вниз об'єкти наномасштабу виготовляються обробкою великих розмірів об'єктів. Виробництво інтегральних схем є прикладом для нанотехнологій зверху вниз. Зараз це виросло до рівня виготовлення нано-електромеханічних систем (NEMS), де крихітні механічні компоненти, такі як важелі, пружини та канали рідини разом з електронними схемами, вбудовані в крихітний мікросхем. Вихідними матеріалами в цих виготовленнях є відносно великі структури, такі як кристали кремнію. Літографія - це технологія, яка дозволила виготовити такі крихітні мікросхеми, і існує багато типів таких, як фотографія, електронний промінь та іонно-променева літографія.

У деяких додатках матеріали великого масштабу шліфуються до нанометрової шкали для збільшення співвідношення площі поверхні до об'єму для більшої реактивності. Нано-золото, нано-срібло та нано-діоксид титану - це такі нано-матеріали, які застосовуються в різних сферах застосування. Процес виготовлення вуглецевої нанотрубки з використанням графіту в дуговій печі - ще один приклад для нанотехнологій підходу зверху вниз.

Підхід знизу-вгору

Підхід «знизу вгору» в нанотехнології - це створення наноструктур з менших будівельних блоків, таких як атоми та молекули. Самостійна збірка, в якій бажані наноструктури збираються самостійно без будь-яких зовнішніх маніпуляцій. Коли розмір об'єкта зменшується в нанофабрикаті, підхід знизу вгору стає все більш важливим доповненням до технік згори вниз..

Нанотехнології можна знайти в нижній частині, де біологічні системи використовували хімічні сили для створення структур для клітин, необхідних для життя. Вчені та інженери проводять дослідження, щоб наслідувати цю якість природи для отримання невеликих скупчень конкретних атомів, які потім можуть самостійно зібратися у більш складні структури. Виробництво вуглецевих нанотрубок за допомогою методу полімеризації, катализируемого металами, є хорошим прикладом для нанотехнологій підходу знизу вгору.

Молекулярні машини та виробництво - це концепція нанотехнологій знизу вгору, представлена Еріком Дрекслером у своїй книзі "Двигуни творчості" в 1987 році. Вона дала ранні уявлення про те, як можна використовувати наномасштабні механічні системи для побудови складних молекулярних структур.

Різниця між підходами "зверху вниз" та "знизу вгору" в нанотехнологіях

1. Процес виготовлення починається від більш великих конструкцій у підході зверху вниз, де стартові будівельні блоки менші, ніж остаточні конструкції в підході знизу вгору

2. Виробництво знизу може створювати конструкції з ідеальними поверхнями та ребрами (не зморшкувато і не містять порожнин тощо), хоча поверхні та краї в результаті виготовлення зверху вниз не є ідеальними, оскільки вони зморшкуваті або містять порожнини.

3. Технології виготовлення «знизу вгору» новіші, ніж виробництво «зверху вниз», і, як очікується, будуть альтернативою цьому в деяких додатках (приклад: транзистори).

4. Вироби підходу знизу вгору мають більш високу точність (більший контроль над розмірами матеріалу), а тому можуть виготовляти менші конструкції порівняно з підходом зверху вниз..

5. У підході зверху вниз є деяка кількість витраченого матеріалу, оскільки деякі частини вилучаються з початкової структури на відміну від підходу знизу вгору, коли жодна матеріальна частина не видаляється.

Технологія