Ixtirolar tarixi - Nanotexnologiya

Miloddan avvalgi 600 yillar atrofida. odamlar nanotipli tuzilmalarni, ya'ni Wootz deb nomlangan po'latdan sementit iplarini ishlab chiqargan. Bu Hindistonda sodir bo'ldi va buni nanotexnologiyalar tarixining boshlanishi deb hisoblash mumkin.

VI-XV b. Bu davrda vitrajlarni bo'yash uchun ishlatiladigan bo'yoqlar oltin xlorid nanozarralari, boshqa metallarning xloridlari, shuningdek, metall oksidlaridan foydalanadi.

IX-XVII asrlar Evropaning ko'p joylarida keramika va boshqa mahsulotlarga porlash uchun "porlash" va boshqa moddalar ishlab chiqariladi. Ular tarkibida metallarning nanozarralari, ko'pincha kumush yoki mis bo'lgan.

XIII-xviii w. Bu asrlarda ishlab chiqarilgan, dunyoga mashhur oq qurollar yaratilgan "Damashq po'lati" tarkibida uglerod nanotubalari va sementit nanotolalari mavjud.

1857 Maykl Faraday oltin nanozarrachalariga xos bo'lgan yoqut rangli kolloid oltinni topdi.

1931 Maks Knoll va Ernst Ruska Berlinda nanozarrachalar tuzilishini atom darajasida ko'radigan birinchi qurilma bo'lgan elektron mikroskopni qurdilar. Elektronlarning energiyasi qanchalik ko'p bo'lsa, ularning to'lqin uzunligi shunchalik qisqa bo'ladi va mikroskopning aniqligi shunchalik katta bo'ladi. Namuna vakuumda va ko'pincha metall plyonka bilan qoplangan. Elektron nur sinov ob'ektidan o'tib, detektorlarga kiradi. O'lchangan signallarga asoslanib, elektron qurilmalar sinov namunasining tasvirini qayta yaratadi.

1936 Siemens laboratoriyalarida ishlaydigan Ervin Myuller emissiya elektron mikroskopining eng oddiy shakli bo'lgan dala emissiya mikroskopini ixtiro qildi. Ushbu mikroskop dala emissiyasi va tasvirlash uchun kuchli elektr maydonidan foydalanadi.

1950 Viktor La Mer va Robert Dinegar monodispers kolloid materiallarni olish texnikasining nazariy asoslarini yaratadilar. Bu sanoat miqyosida maxsus turdagi qog'oz, bo'yoq va yupqa plyonkalar ishlab chiqarish imkonini berdi.

1956 Massachusets texnologiya instituti (MIT) xodimi Artur fon Xippel “molekulyar muhandislik” atamasini kiritgan.

1959 Richard Feynman "Pastida ko'p joy bor" mavzusida ma'ruza o'qiydi. 24 jildlik Britannica entsiklopediyasini igna boshiga joylashtirish uchun nima qilish kerakligini tasavvur qilishdan boshlab, u miniatyura tushunchasini va nanometr darajasida ishlay oladigan texnologiyalardan foydalanish imkoniyatlarini taqdim etdi. Shu munosabat bilan u ushbu sohadagi yutuqlar uchun ikkita mukofotni (Feynman mukofotlari deb ataladi) ta'sis etdi - har biri ming dollar.

1960 Birinchi mukofot to'lovi Feynmanni xafa qildi. U o'z maqsadlariga erishish uchun texnologik yutuq talab qilinishini taxmin qildi, ammo o'sha paytda u mikroelektronikaning imkoniyatlarini etarlicha baholamadi. G‘olib 35 yoshli muhandis Uilyam X. MakLellan bo‘ldi. U 250 mikrogram og'irlikdagi, 1 mVt quvvatga ega dvigatel yaratdi.

1968 Alfred Y. Cho va Jon Artur epitaksiya usulini ishlab chiqadilar. Bu yarimo'tkazgich texnologiyasidan foydalangan holda sirt monoatomik qatlamlarini shakllantirishga imkon beradi - mavjud kristalli substratda yangi monokristalli qatlamlarning o'sishi, mavjud kristalli substrat substratining tuzilishini takrorlaydi. Epitaksiyaning o'zgarishi molekulyar birikmalarning epitaksisidir, bu esa bitta atom qatlamining qalinligi bo'lgan kristall qatlamlarni joylashtirish imkonini beradi. Bu usul kvant nuqtalari va yupqa qatlamlar deb ataladigan narsalarni ishlab chiqarishda qo'llaniladi.

1974 “Nanotexnologiya” atamasining kiritilishi. U birinchi marta Tokio universiteti tadqiqotchisi Norio Taniguchi tomonidan ilmiy konferentsiyada foydalanilgan. Yapon fizikasining ta'rifi bugungi kungacha qo'llanilmoqda va quyidagicha ko'rinadi: "Nanotexnologiya - bu juda yuqori aniqlik va juda kichik o'lchamlarga erishish imkonini beradigan texnologiyadan foydalangan holda ishlab chiqarish, ya'ni. 1 nm tartibning aniqligi.

Kvant tushishining vizualizatsiyasi

80 va 90 yillar Litografik texnologiyaning jadal rivojlanishi va kristallarning ultra yupqa qatlamlarini ishlab chiqarish davri. Birinchisi, MOCVD(), gazsimon organometalik birikmalar yordamida materiallar yuzasiga qatlamlarni yotqizish usulidir. Bu epitaksial usullardan biri, shuning uchun uning muqobil nomi - MOSFE (). Ikkinchi usul, MBE, aniq belgilangan kimyoviy tarkibi va ifloslik kontsentratsiyasi profilini aniq taqsimlash bilan juda nozik nanometr qatlamlarini yotqizish imkonini beradi. Bu qatlam komponentlari substratga alohida molekulyar nurlar bilan ta'minlanganligi sababli mumkin.

1981 Gerd Binnig va Geynrix Rorer skanerlash tunnel mikroskopini yaratadilar. Atomlararo o'zaro ta'sir kuchlaridan foydalanib, pichoqni namunaning yuzasidan yoki ostidan o'tkazib, bitta atomning o'lchami tartibining o'lchamlari bilan sirt tasvirini olish imkonini beradi. 1989 yilda qurilma alohida atomlarni manipulyatsiya qilish uchun ishlatilgan. Binnig va Rorer 1986 yilda fizika bo'yicha Nobel mukofotiga sazovor bo'lishdi.

1985 Bell Laboratoriyasidan Lui Brus kolloid yarimo'tkazgichli nanokristallarni (kvant nuqtalari) kashf etdi. Ular to'lqin uzunligi nuqta o'lchamiga teng bo'lgan zarracha kirib kelganida potentsial to'siqlar bilan uch o'lchamda cheklangan bo'shliqning kichik maydoni sifatida aniqlanadi.

"Yaratilish dvigatellari: Nanotexnologiyaning kelayotgan davri" kitobining muqovasi, C. Erik Drexler

1985 Kichik Robert Floyd Körl, Xarold Uolter Kroto va Richard Erret Smoli yopiq ichi bo'sh tanani tashkil etuvchi juft sonli uglerod atomlaridan (28 dan 1500 gacha) tashkil topgan fulleren molekulalarini kashf etdilar. Fullerenlarning kimyoviy xossalari ko'p jihatdan aromatik uglevodorodlarnikiga o'xshaydi. Fulleren C60 yoki bukminsterfulleren, boshqa fullerenlar kabi, uglerodning allotropik shaklidir.

1986-1992 C. Erik Drexler nanotexnologiyani ommalashtiradigan futurologiya bo'yicha ikkita muhim kitobni nashr etadi. Birinchisi, 1986-yilda chiqarilgan, “Yaratilish dvigatellari: Nanotexnologiyaning kelayotgan davri” deb nomlanadi. U, boshqa narsalar qatori, kelajakdagi texnologiyalar alohida atomlarni boshqariladigan tarzda manipulyatsiya qila olishini bashorat qilmoqda. 1992 yilda u "Nanotizimlar: molekulyar apparat, ishlab chiqarish va hisoblash g'oyasi" nomli kitobini nashr etdi, bu esa o'z navbatida nanomachinlarning o'zini ko'paytirishi mumkinligini bashorat qildi.

1989 IBM'dan Donald M. Aigler nikel yuzasiga 35 ta ksenon atomidan tuzilgan "IBM" so'zini qo'yadi.

1991 Yaponiyaning Tsukuba shahridagi NEC xodimi Sumio Iijima uglerod nanotubalarini, ichi bo'sh silindrsimon tuzilmalarni kashf etdi. Bugungi kunga qadar devorlari o'ralgan grafendan yasalgan eng yaxshi uglerod nanotubalari ma'lum. Bundan tashqari, uglerod bo'lmagan nanotubalar va DNK nanotubalari mavjud. Eng yupqa uglerod nanotubalarining diametri bir nanometrga teng va ular millionlab marta uzunroq bo'lishi mumkin. Ular ajoyib kuchlanish kuchi va noyob elektr xususiyatlariga ega va issiqlikni mukammal o'tkazuvchilardir. Bu xususiyatlar ularni nanotexnologiya, elektronika, optika va materialshunoslikda qo'llash uchun istiqbolli materiallarga aylantiradi.

1993 Shimoliy Karolina universitetidan Uorren Robinett va UCLAdan R. Stenli Uilyams foydalanuvchiga atomlarni ko'rish va hatto teginish imkonini beruvchi skanerlovchi tunnel mikroskopiga ulangan virtual haqiqat tizimini qurmoqda.

1998 Niderlandiyaning Delft texnologiya universitetining Cees Dekker jamoasi uglerod nanotubalaridan foydalanadigan tranzistorni qurmoqda. Ayni paytda olimlar uglerod nanotubalarining noyob xususiyatlaridan kamroq elektr energiyasini iste'mol qiladigan yaxshiroq va tezroq elektronika ishlab chiqarishga harakat qilmoqdalar. Bu bir qator omillar bilan chegaralangan bo'lib, ularning ba'zilari asta-sekin engib o'tildi, bu esa 2016 yilda Viskonsin-Madison universiteti tadqiqotchilariga eng yaxshi kremniy prototiplaridan ko'ra yaxshiroq parametrlarga ega uglerod tranzistorini yaratishga olib keldi. Maykl Arnold va Padma Gopalan tomonidan olib borilgan tadqiqotlar kremniy raqobatchisidan ikki baravar ko'p oqim o'tkaza oladigan uglerod nanotubali tranzistorni yaratishga olib keldi.

2003 Samsung mikroskopik kumush ionlari ta'siriga asoslangan mikroblar, mog'or va olti yuzdan ortiq turdagi bakteriyalarni o'ldirish va ularning tarqalishini oldini olish uchun ilg'or texnologiyani patentlaydi. Kumush zarralari kompaniyaning eng muhim filtrlash tizimlariga – barcha filtrlarga va chang yig‘uvchi yoki qopga kiritildi.

2004 Britaniya Qirollik jamiyati va Qirollik muhandislik akademiyasi axloqiy va huquqiy jihatlarni hisobga olgan holda nanotexnologiyaning salomatlik, atrof-muhit va jamiyat uchun potentsial xavflarini o‘rganishga chaqiruvchi “Nanofan va nanotexnologiya: imkoniyatlar va noaniqliklar” hisobotini e’lon qiladi.

Fulleren g'ildiraklarida nanomotor modeli

2006 Jeyms Tur, Rays universiteti olimlari jamoasi bilan birgalikda oligo (fenilenetinilen) molekulasidan mikroskopik “van” quradi, uning o‘qlari alyuminiy atomlaridan, g‘ildiraklari esa C60 fullerenlardan iborat. Oltin atomlaridan tashkil topgan nanoavtomobil fulleren "g'ildiraklari" aylanishi tufayli harorat ko'tarilishi ta'sirida sirt ustida harakat qildi. 300 ° C dan yuqori haroratda u shunchalik tezlashdiki, kimyogarlar endi buni kuzata olmadilar ...

2007 Technion nanotexnologlari butun yahudiy "Eski Ahd" ni atigi 0,5 mm maydonga joylashtiradilar.² oltin bilan qoplangan kremniy gofret. Matn plitaga galliy ionlarining yo'naltirilgan oqimini yo'naltirish orqali o'yib yozilgan.

2009-2010 Nadrian Seaman va Nyu-York universitetidagi hamkasblari sintetik DNK tuzilmalari kerakli shakl va xususiyatlarga ega bo'lgan boshqa tuzilmalarni "ishlab chiqarish" uchun dasturlashtirilishi mumkin bo'lgan bir qator DNKga o'xshash nanomonitlarni yaratmoqda.

2013 IBM olimlari 100 million marta kattalashtirilgandan keyingina ko‘rish mumkin bo‘lgan animatsion film yaratmoqda. U "Bola va uning atomi" deb ataladi va uglerod oksidining yagona molekulalari bo'lgan metrning milliarddan bir qismidagi diatomik nuqtalar bilan chizilgan. Multfilmda avvaliga to‘p bilan o‘ynab, so‘ng trampolinda sakrab tushayotgan bolakay tasvirlangan. Molekulalardan biri ham to'p rolini o'ynaydi. Barcha harakatlar mis yuzasida amalga oshiriladi va har bir plyonka ramkasining o'lchami bir necha o'nlab nanometrlardan oshmaydi.

2014 Tsyurixdagi ETH texnologiya universiteti olimlari qalinligi bir nanometrdan kam bo‘lgan g‘ovak membranani yaratishga muvaffaq bo‘ldi. Nanotexnologik manipulyatsiya orqali olingan materialning qalinligi 100 XNUMX. inson sochidan bir necha marta kichikroq. Mualliflar jamoasi a'zolarining fikriga ko'ra, bu olinishi mumkin bo'lgan eng nozik gözenekli materialdir va umuman olganda mumkin. U ikki o'lchovli grafen strukturasining ikki qatlamidan iborat. Membrana o'tkazuvchan, lekin faqat kichik zarralar uchun, kattaroq zarralarni sekinlashtiradi yoki butunlay ushlab turadi.

2015 Molekulyar nasos yaratilmoqda, tabiiy jarayonlarni taqlid qiladigan energiyani bir molekuladan ikkinchisiga o'tkazadigan nano o'lchamdagi qurilma. Dizayn Weinberg shimoli-g'arbiy san'at va fanlar kolleji tadqiqotchilari tomonidan ishlab chiqilgan. Mexanizm oqsillardagi biologik jarayonlarga o'xshaydi. Bunday texnologiyalar asosan biotexnologiya va tibbiyot sohalarida, masalan, sun'iy mushaklarda qo'llanilishi kutilmoqda.

2016 Nature Nanotechnology ilmiy jurnalidagi nashrga ko‘ra, Gollandiyaning Delft texnik universiteti tadqiqotchilari bir atomli saqlash vositalarini yaratdilar. Yangi usul hozirda foydalanilayotgan har qanday texnologiyadan besh yuz baravar yuqori saqlash zichligini ta'minlashi kerak. Mualliflarning qayd etishicha, koinotda zarrachalar joylashuvining uch o‘lchovli modeli yordamida yanada yaxshi natijalarga erishish mumkin.

Nanotexnologiyalar va nanomateriallarning tasnifi

1. Nanotexnologik tuzilmalarga quyidagilar kiradi:

• kvant quduqlari, simlar va nuqtalar, ya'ni. quyidagi xususiyatni birlashtirgan turli tuzilmalar - potentsial to'siqlar orqali ma'lum bir hududda zarrachalarning fazoviy chegaralanishi;
• tuzilishi alohida molekulalar darajasida boshqariladigan plastmassalar, buning yordamida, masalan, misli ko'rilmagan mexanik xususiyatlarga ega materiallarni olish mumkin;
• sun'iy tolalar - juda aniq molekulyar tuzilishga ega bo'lgan materiallar, shuningdek, g'ayrioddiy mexanik xususiyatlar bilan ajralib turadi;
• nanotubalar, ichi bo'sh silindrlar ko'rinishidagi supramolekulyar tuzilmalar. Bugungi kunga kelib, devorlari buklangan grafendan (monatomik grafit qatlamlari) yasalgan eng yaxshi uglerod nanotubalari ma'lum. Bundan tashqari, uglerod bo'lmagan nanotubalar (masalan, volfram sulfididan) va DNKdan;
• chang shaklida ezilgan materiallar, ularning donalari, masalan, metall atomlarining to'planishi. Kuchli antibakterial xususiyatlarga ega kumush () bu shaklda keng qo'llaniladi;
• nanosimlar (masalan, kumush yoki mis);
• elektron litografiya va boshqa nanolitografiya usullari yordamida hosil qilingan elementlar;
• fullerenlar;
• grafen va boshqa ikki o'lchovli materiallar (borofen, grafen, olti burchakli bor nitridi, silisen, germanen, molibden sulfid);
• nanozarrachalar bilan mustahkamlangan kompozit materiallar.

Nanolitografik sirt

2. Iqtisodiy hamkorlik va taraqqiyot tashkiloti (OECD) tomonidan 2004 yilda ishlab chiqilgan fanlar sistematikasida nanotexnologiyalar tasnifi:

• nanomateriallar (ishlab chiqarish va xossalari);
• nanoprosesslar (nanometriyadagi ilovalar - biomateriallar sanoat biotexnologiyasiga tegishli).

3. Nanomateriallar - molekulyar darajadagi muntazam tuzilmalar mavjud bo'lgan barcha materiallar, ya'ni. 100 nanometrdan oshmasligi kerak.

Ushbu chegara mikroyapıning asosiy birligi sifatida domenlarning o'lchamini yoki substratda olingan yoki yotqizilgan qatlamlarning qalinligini ko'rsatishi mumkin. Amalda, nanomateriallarga tegishli bo'lgan chegara turli xil ishlash xususiyatlariga ega bo'lgan materiallar uchun farq qiladi - bu, asosan, oshib ketganda o'ziga xos xususiyatlarning paydo bo'lishi bilan bog'liq. Materiallarning buyurtma qilingan tuzilmalarining hajmini kamaytirish orqali ularning fizik-kimyoviy, mexanik va boshqa xususiyatlarini sezilarli darajada yaxshilash mumkin.

Nanomateriallarni quyidagi to‘rt guruhga bo‘lish mumkin:

• nol o'lchovli (nuqta nanomateriallari) - masalan, kvant nuqtalari, kumush nanozarralar;
• bir o'lchovli – masalan, metall yoki yarimo‘tkazgichli nanosimlar, nanorodlar, polimer nanotolalar;
• ikki o'lchovli – masalan, bir fazali yoki ko‘p fazali turdagi nanometr qatlamlari, grafen va qalinligi bir atomga teng bo‘lgan boshqa materiallar;
• uch o'lchovli (yoki nanokristalli) - kristalli domenlar va nanometrlar tartibidagi o'lchamdagi fazalar to'planishi yoki nanozarrachalar bilan mustahkamlangan kompozitlardan iborat.