Нанотехнологии
Страница частично защищена
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из Нанотехнологии )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Информацию о журнале по материаловедению см. в разделе Нанотехнологии (журнал) . Чтобы узнать о других значениях слова «нанотехнологии», см. « Нанотехнологии» (значения) .

Фуллереновые наношестерни - GPN-2000-001535.jpg
Часть цикла статей о
Нанотехнологии
Воздействие и приложения
Наноматериалы
Молекулярная самосборка
Наноэлектроника
Нанометрология
Молекулярная нанотехнология
  • в
  • т
  • е

Нанотехнология , также сокращенно нанотехнология , представляет собой использование материи в атомном , молекулярном и надмолекулярном масштабе в промышленных целях. Самое раннее, широко распространенное описание нанотехнологии относилось к конкретной технологической цели точного манипулирования атомами и молекулами для изготовления продуктов макромасштаба, также называемой молекулярной нанотехнологией . [1] [2] Более обобщенное описание нанотехнологии было впоследствии установлено Национальной инициативой по нанотехнологиям , которая определила нанотехнологию как манипулирование материей по крайней мере в одном измерении размером от 1 до 100 .нанометры . Это определение отражает тот факт, что квантово-механические эффекты важны в этом масштабе квантовой области , и поэтому определение сместилось от конкретной технологической цели к исследовательской категории, включающей все типы исследований и технологий, которые имеют дело с особыми свойствами материи, которые возникают. ниже заданного порога размера. Поэтому часто встречается форма множественного числа «нанотехнологии», а также «нанотехнологии» для обозначения широкого круга исследований и приложений, общей чертой которых является размер.

Нанотехнология, определяемая по размеру, естественно широка, включая такие разнообразные области науки, как наука о поверхности , органическая химия , молекулярная биология , физика полупроводников , хранение энергии , [3] [4] инженерия , [5] микрофабрикация , [6] и молекулярная инженерия. . [7] Соответствующие исследования и приложения столь же разнообразны: от расширения традиционной физики устройств до совершенно новых подходов, основанных на молекулярной самосборке , [8] от разработкиновые материалы с размерами в наномасштабе для прямого управления материей в атомном масштабе .

В настоящее время ученые обсуждают будущие последствия нанотехнологий . Нанотехнологии могут создать множество новых материалов и устройств с широким спектром применения , например, в наномедицине , наноэлектронике , производстве энергии из биоматериалов и потребительских товарах. С другой стороны, нанотехнология поднимает многие из тех же вопросов, что и любая новая технология, включая опасения по поводу токсичности и воздействия на окружающую среду наноматериалов [9] и их потенциального воздействия на глобальную экономику, а также предположения о различных сценариях конца света.. Эти опасения привели к спорам между группами защиты интересов и правительствами о том , оправдано ли специальное регулирование нанотехнологий .

Истоки

Основная статья: История нанотехнологий

Концепции, лежащие в основе нанотехнологий, были впервые обсуждены в 1959 году известным физиком Ричардом Фейнманом в его докладе «На дне много места» , в котором он описал возможность синтеза путем прямого манипулирования атомами.

Сравнение размеров наноматериалов

Термин «нанотехнология» впервые был использован Норио Танигути в 1974 году, хотя и не получил широкой известности. Вдохновленный концепциями Фейнмана, К. Эрик Дрекслер использовал термин «нанотехнология» в своей книге « Двигатели творения: грядущая эра нанотехнологий» 1986 года , в которой была предложена идея наноразмерного «ассемблера», который мог бы построить копию самого себя и других предметов произвольной сложности с атомарным управлением. Также в 1986 году Дрекслер стал соучредителем Института прогнозирования (с которым он больше не связан), чтобы помочь повысить осведомленность общественности и понимание концепций и последствий нанотехнологий.

Возникновение нанотехнологии как области в 1980-х годах произошло благодаря слиянию теоретической и общественной работы Дрекслера, которая разработала и популяризировала концептуальную основу нанотехнологии, и заметных экспериментальных достижений, которые привлекли дополнительное широкомасштабное внимание к перспективам управления атомом. иметь значение. В 1980-х годах два крупных прорыва вызвали рост нанотехнологий в современную эпоху. Во-первых, изобретение сканирующего туннельного микроскопа в 1981 году, который обеспечил беспрецедентную визуализацию отдельных атомов и связей и был успешно использован для манипулирования отдельными атомами в 1989 году. Разработчики микроскопа Герд Бинниг и Генрих Рорер из исследовательской лаборатории IBM в Цюрихе получилиНобелевская премия по физике в 1986 году. [10] [11] В том же году Бинниг, Куэйт и Гербер изобрели аналогичный атомно-силовой микроскоп .

Бакминстерфуллерен C 60 , также известный как бакибол , является представителем углеродных структур , известных как фуллерены . Члены семейства фуллеренов являются основным предметом исследований, подпадающих под эгиду нанотехнологий.

Во- вторых, фуллерены были открыты в 1985 году Гарри Крото , Ричардом Смолли и Робертом Керлом , которые вместе получили Нобелевскую премию по химии 1996 года . [12] [13] C 60 изначально не описывался как нанотехнология; этот термин использовался в отношении последующей работы с соответствующими углеродными нанотрубками (иногда называемыми графеновыми трубками или трубками Баки), которые предполагали потенциальное применение для наноэлектроники и устройств. Открытие углеродных нанотрубок в значительной степени приписывается Сумио Иидзиме из NEC в 1991 году [14] .за которую Иидзима получил первую премию Кавли 2008 года в области нанонауки.

Транзистор с переходом нанослой-основной металл-полупроводник (переход M-S) был первоначально предложен А. Роузом в 1960 г. и изготовлен Л. Геппертом, Мохамедом Аталлой и Давоном Кангом в 1962 г. [15] Десятилетия спустя достижения в области мульти- Технология затвора позволила масштабировать устройства полевых транзисторов металл-оксид-полупроводник (MOSFET) до наномасштабных уровней с длиной затвора менее 20 нм , начиная с FinFET (плавниковый полевой транзистор), трехмерного, не -плоский двухзатворный МОП-транзистор. В Калифорнийском университете в Беркли, группа исследователей, в которую входили Диг Хисамото, Ченминг Ху , Цу-Джэ Кинг Лю , Джеффри Бокор и другие, изготовила устройства FinFET до 17 -  нм процесса в 1998 году, затем 15 -  нм в 2001 году, а затем 10 -  нм в 2002 году .

В начале 2000-х годов эта область привлекла повышенное научное, политическое и коммерческое внимание, что привело как к спорам, так и к прогрессу. Возникли споры относительно определений и потенциальных последствий нанотехнологий, примером которых является отчет Королевского общества о нанотехнологиях. [17] Были подняты вопросы относительно осуществимости приложений, предусмотренных сторонниками молекулярной нанотехнологии, кульминацией которых стали публичные дебаты между Дрекслером и Смолли в 2001 и 2003 годах. [18]

Тем временем начала появляться коммерциализация продуктов, основанных на достижениях в области нанотехнологий. Эти продукты ограничены массовым применением наноматериалов и не связаны с атомным контролем материи. Некоторые примеры включают платформу Silver Nano для использования наночастиц серебра в качестве антибактериального агента, прозрачные солнцезащитные фильтры на основе наночастиц , усиление углеродного волокна с использованием наночастиц кремнезема и углеродные нанотрубки для устойчивых к пятнам тканей. [19] [20]

Правительства приступили к продвижению и финансированию исследований в области нанотехнологий, например, в США с помощью Национальной инициативы по нанотехнологиям , которая формализовала определение нанотехнологии на основе размера и установила финансирование исследований в наномасштабе, а также в Европе через Европейские рамочные программы исследований и исследований . Технологическое развитие .

К середине 2000-х начало расцветать новое и серьезное научное внимание. Появились проекты по созданию дорожных карт нанотехнологий [21] [22] , которые сосредоточены на манипулировании материей с атомарной точностью и обсуждают существующие и прогнозируемые возможности, цели и приложения.

В 2006 году группа корейских исследователей из Корейского передового института науки и технологий (KAIST) и Национального центра Nano Fab Center разработала 3-нм полевой МОП-транзистор, самое маленькое в мире наноэлектронное устройство. Он был основан на технологии Gate-all-around (GAA) FinFET. [23] [24]

В период с 2001 по 2004 год более шестидесяти стран создали государственные программы исследований и разработок (НИОКР) в области нанотехнологий. Государственное финансирование превышало корпоративные расходы на исследования и разработки в области нанотехнологий, при этом большая часть финансирования поступала от корпораций, базирующихся в США, Японии и Германии. В первую пятерку организаций, подавших наибольшее количество интеллектуальных патентов на исследования и разработки в области нанотехнологий в период с 1970 по 2011 год, вошли Samsung Electronics (2578 первых патентов), Nippon Steel (1490 первых патентов), IBM (1360 первых патентов), Toshiba (1298 первых патентов) и Canon.(1162 первых патента). В первую пятерку организаций, опубликовавших наибольшее количество научных работ по исследованиям в области нанотехнологий в период с 1970 по 2012 год, вошли Китайская академия наук , Российская академия наук , Национальный центр научных исследований , Токийский университет и Осакский университет . [25]

Основные понятия

Нанотехнология — это разработка функциональных систем на молекулярном уровне. Это охватывает как текущую работу, так и более продвинутые концепции. В своем первоначальном смысле нанотехнология относится к прогнозируемой способности создавать элементы снизу вверх, используя методы и инструменты, разрабатываемые сегодня, для создания полноценных высокопроизводительных продуктов.

Один нанометр (нм) равен одной миллиардной, или 10 -9 метра. Для сравнения, типичные длины углерод-углеродных связей или расстояние между этими атомами в молекуле находятся в диапазоне 0,12–0,15 нм , а двойная спираль ДНК имеет диаметр около 2 нм. С другой стороны, самые маленькие клеточные формы жизни, бактерии рода Mycoplasma , имеют длину около 200 нм. Условно нанотехнологии берутся за шкалу диапазона от 1 до 100 нм .следуя определению, используемому Национальной инициативой по нанотехнологиям в США. Нижний предел определяется размером атомов (наименьшие атомы у водорода, кинетический диаметр которых составляет примерно четверть нанометра ), поскольку нанотехнология должна строить свои устройства из атомов и молекул. Верхний предел является более или менее произвольным, но он примерно равен размеру, ниже которого явления, не наблюдаемые в более крупных структурах, начинают проявляться и могут быть использованы в наноустройстве. [26] Эти новые явления отличают нанотехнологию от устройств, которые являются просто миниатюрными версиями эквивалентного макроскопического устройства; такие устройства более масштабны и подпадают под описание микротехнологий . [27]

Чтобы поместить этот масштаб в другом контексте, сравнительный размер нанометра к метру такой же, как размер мрамора к размеру земли. [28] Или, другими словами, нанометр — это величина, на которую у среднего человека вырастает борода за время, необходимое ему, чтобы поднести бритву к лицу. [28]

В нанотехнологии используются два основных подхода. В подходе «снизу вверх» материалы и устройства строятся из молекулярных компонентов, которые собираются химическим путем по принципам молекулярного распознавания . [29] В подходе «сверху вниз» нанообъекты создаются из более крупных сущностей без контроля на атомарном уровне. [30]

Области физики, такие как наноэлектроника , наномеханика , нанофотоника и наноионика , развивались в течение последних нескольких десятилетий, чтобы обеспечить базовую научную основу нанотехнологии.

От большего к меньшему: материальная перспектива

Изображение реконструкции на чистой поверхности Gold ( 100 ), полученное с помощью сканирующей туннельной микроскопии . Положения отдельных атомов, составляющих поверхность, видны.
Основная статья: Наноматериалы

Некоторые явления становятся ярко выраженными по мере уменьшения размера системы. К ним относятся статистические механические эффекты, а также квантово-механические эффекты, например, « квантовый размерный эффект», когда электронные свойства твердых тел изменяются при значительном уменьшении размера частиц. Этот эффект не проявляется при переходе от макроразмеров к микроразмерам. Однако квантовые эффекты могут стать значительными, когда достигается диапазон нанометровых размеров, обычно на расстояниях 100 нанометров или меньше, так называемая квантовая область .. Кроме того, ряд физических (механических, электрических, оптических и т. д.) свойств изменяются по сравнению с макроскопическими системами. Одним из примеров является увеличение отношения площади поверхности к объему, изменяющее механические, термические и каталитические свойства материалов. К наноионике обычно относят диффузию и реакции в наномасштабе, наноструктурные материалы и наноустройства с быстрым переносом ионов. Механические свойства наносистем представляют интерес для исследований в области наномеханики. Каталитическая активность наноматериалов также открывает потенциальные риски при их взаимодействии с биоматериалами .

Материалы, уменьшенные до наномасштаба, могут проявлять свойства, отличные от свойств, которые они демонстрируют в макромасштабе, что позволяет использовать их в уникальных приложениях. Например, непрозрачные вещества могут стать прозрачными (медь); стабильные материалы могут стать горючими (алюминий); нерастворимые материалы могут стать растворимыми (золото). Такой материал, как золото, который химически инертен в нормальных масштабах, может служить мощным химическим катализатором в наномасштабах. Большая часть увлечения нанотехнологиями связана с этими квантовыми и поверхностными явлениями, которые материя проявляет в наномасштабе. [31]

От простого к сложному: молекулярная перспектива

Основная статья: Молекулярная самосборка

Современная синтетическая химия достигла точки, когда можно получить небольшие молекулы практически любой структуры. Эти методы используются сегодня для производства широкого спектра полезных химических веществ, таких как фармацевтические препараты или коммерческие полимеры . Эта способность поднимает вопрос о распространении этого вида контроля на следующий, более высокий уровень, поиск методов сборки этих одиночных молекул в надмолекулярные сборки , состоящие из многих молекул, организованных четко определенным образом.

Эти подходы используют концепции молекулярной самосборки и/или супрамолекулярной химии , чтобы автоматически организовать себя в некоторую полезную конформацию посредством восходящего подхода. Концепция молекулярного распознавания особенно важна: молекулы могут быть сконструированы таким образом, чтобы определенная конфигурация или расположение благоприятствовали благодаря нековалентным межмолекулярным силам . Правила спаривания оснований Уотсона-Крика являются прямым результатом этого, как и специфичность фермента , направленного на один субстрат , или специфическая укладка белка.сам. Таким образом, два или более компонента могут быть спроектированы так, чтобы они дополняли друг друга и были взаимно привлекательными, чтобы они составляли более сложное и полезное целое.

Такие подходы «снизу вверх» должны позволять производить устройства параллельно и быть намного дешевле, чем методы «сверху вниз», но потенциально могут быть перегружены по мере увеличения размера и сложности желаемой сборки. Большинство полезных структур требуют сложного и термодинамически маловероятного расположения атомов. Тем не менее, в биологии есть много примеров самосборки, основанной на молекулярном распознавании , в первую очередь спаривание оснований Уотсона-Крика и взаимодействия фермент-субстрат. Проблема нанотехнологий заключается в том, можно ли использовать эти принципы для разработки новых конструкций в дополнение к естественным.

Молекулярные нанотехнологии: долгосрочный взгляд

Основная статья: Молекулярные нанотехнологии

Молекулярная нанотехнология, иногда называемая молекулярным производством, описывает инженерные наносистемы (наномашины), работающие на молекулярном уровне. Молекулярная нанотехнология особенно связана с молекулярным ассемблером , машиной, которая может создавать желаемую структуру или устройство атом за атомом, используя принципы механосинтеза . Производство в контексте производственных наносистем не связано с обычными технологиями, используемыми для производства наноматериалов, таких как углеродные нанотрубки и наночастицы, и должно быть четко отделено от них.

Когда термин «нанотехнология» был независимо придуман и популяризирован Эриком Дрекслером (который в то время не знал о более раннем использовании Норио Танигучи), он относился к будущей производственной технологии, основанной на системах молекулярных машин . Предпосылка заключалась в том, что биологические аналогии традиционных компонентов машин на молекулярном уровне продемонстрировали возможность молекулярных машин: из бесчисленных примеров, найденных в биологии, известно, что сложные, стохастически оптимизированные биологические машины могут быть созданы.

Есть надежда, что развитие нанотехнологий сделает возможным их создание другими способами, возможно, с использованием биомиметических принципов. Однако Дрекслер и другие исследователи [32] предположили, что передовые нанотехнологии, хотя, возможно, первоначально реализованные с помощью биомиметических средств, в конечном итоге могут быть основаны на принципах машиностроения, а именно на технологии производства, основанной на механической функциональности этих компонентов (таких как шестерни, подшипники, двигатели и конструктивные элементы), что позволило бы программируемую позиционную сборку в соответствии с атомарными спецификациями. [33] Физические и инженерные характеристики типовых проектов были проанализированы в книге Дрекслера « Наносистемы » .

В общем, очень сложно собирать устройства в атомном масштабе, так как приходится размещать атомы на других атомах сравнимого размера и липкости. Другая точка зрения, выдвинутая Карло Монтеманьо [34] , состоит в том, что будущие наносистемы будут гибридами кремниевых технологий и биологических молекулярных машин. Ричард Смолли утверждал, что механосинтез невозможен из-за трудностей механического манипулирования отдельными молекулами.

Это привело к обмену письмами в издании ACS Chemical & Engineering News в 2003 году. [35] Хотя биология ясно демонстрирует, что системы молекулярных машин возможны, небиологические молекулярные машины сегодня находятся только в зачаточном состоянии. Лидерами исследований небиологических молекулярных машин являются доктор Алекс Зеттл и его коллеги из Лабораторий Лоуренса в Беркли и Калифорнийского университета в Беркли. [1] Они сконструировали как минимум три различных молекулярных устройства, движение которых управляется с рабочего стола с помощью изменяющегося напряжения: наномотор с нанотрубками , молекулярный привод [36] и наноэлектромеханический релаксационный осциллятор. [37] См.nanotube nanomotor для получения дополнительных примеров.

Эксперимент, показывающий, что позиционная молекулярная сборка возможна, был проведен Хо и Ли в Корнельском университете в 1999 году. Они использовали сканирующий туннельный микроскоп для перемещения отдельной молекулы монооксида углерода (СО) к отдельному атому железа (Fe), расположенному на плоской серебряной пластине. кристалл и химически связал CO с Fe, подав напряжение.

Текущее исследование

Графическое изображение ротаксана , используемого в качестве молекулярного переключателя .
Этот ДНК - тетраэдр [38] представляет собой искусственно сконструированную наноструктуру типа созданной в области ДНК-нанотехнологий . Каждое ребро тетраэдра представляет собой двойную спираль ДНК из 20 пар оснований , а каждая вершина представляет собой соединение трех ветвей.
Вращающийся вид C 60 , один из видов фуллерена.
Это устройство передает энергию от нанотонких слоев квантовых ям к нанокристаллам над ними, заставляя нанокристаллы излучать видимый свет. [39]

Наноматериалы

Область наноматериалов включает в себя подобласти, которые разрабатывают или изучают материалы, обладающие уникальными свойствами, обусловленными их размерами в наноразмерах. [40]

  • Наука о границах раздела и коллоидах породила множество материалов, которые могут быть полезны в нанотехнологиях, таких как углеродные нанотрубки и другие фуллерены, а также различные наночастицы и наностержни . Наноматериалы с быстрым ионным транспортом также относятся к наноионике и наноэлектронике.
  • Наноразмерные материалы также можно использовать для массовых применений; большинство нынешних коммерческих применений нанотехнологий относятся к этому типу.
  • Был достигнут прогресс в использовании этих материалов для медицинских целей; см . Наномедицина .
  • Наноразмерные материалы, такие как наностолбы , иногда используются в солнечных элементах , что снижает стоимость традиционных кремниевых солнечных элементов.
  • Разработка приложений, включающих полупроводниковые наночастицы , для использования в продуктах следующего поколения, таких как технология отображения, освещение, солнечные элементы и биологические изображения; см. квантовые точки .
  • Недавнее применение наноматериалов включает ряд биомедицинских приложений, таких как тканевая инженерия , доставка лекарств , антибактериальные препараты и биосенсоры . [41] [42] [43] [44] [45]

Восходящие подходы

Они стремятся организовать более мелкие компоненты в более сложные сборки.

  • Нанотехнология ДНК использует специфичность спаривания оснований Уотсона-Крика для создания четко определенных структур из ДНК и других нуклеиновых кислот .
  • Подходы из области «классического» химического синтеза (неорганический и органический синтез ) также направлены на создание молекул с четко определенной формой (например , бис-пептиды [46] ).
  • В более общем плане молекулярная самосборка стремится использовать концепции супрамолекулярной химии и, в частности, молекулярного распознавания, чтобы заставить компоненты одной молекулы автоматически устраиваться в некоторую полезную конформацию.
  • Наконечники атомно-силового микроскопа можно использовать в качестве наноразмерной «пишущей головки» для нанесения химического вещества на поверхность в желаемом порядке в процессе, называемом нанолитографией с погружным пером . Этот метод вписывается в более обширную область нанолитографии .
  • Молекулярно-лучевая эпитаксия позволяет собирать материалы снизу вверх, в первую очередь полупроводниковые материалы, обычно используемые в микросхемах и вычислительных устройствах, стеки, стробирование и лазеры с нанопроволокой .

Нисходящие подходы

Они стремятся создавать устройства меньшего размера, используя более крупные устройства для управления их сборкой.

  • Многие технологии, которые произошли от традиционных твердотельных кремниевых методов изготовления микропроцессоров , теперь способны создавать элементы размером менее 100 нм, подпадающие под определение нанотехнологии. Гигантские жесткие диски на основе магнитосопротивления, уже представленные на рынке, соответствуют этому описанию [47] , как и методы атомно-слоевого осаждения (ALD). Питер Грюнберг и Альберт Ферт получили Нобелевскую премию по физике в 2007 году за открытие гигантского магнитосопротивления и вклад в область спинтроники. [48]
  • Твердотельные методы также могут использоваться для создания устройств, известных как наноэлектромеханические системы или NEMS, которые связаны с микроэлектромеханическими системами или MEMS.
  • Сфокусированные ионные лучи могут непосредственно удалять материал или даже осаждать его, если одновременно применяются подходящие газы-прекурсоры. Например, этот метод обычно используется для создания срезов материала размером менее 100 нм для анализа в просвечивающей электронной микроскопии .
  • Наконечники атомно-силового микроскопа можно использовать в качестве наноразмерной «пишущей головки» для нанесения резиста, за которым затем следует процесс травления для удаления материала методом «сверху вниз».

Функциональные подходы

Они стремятся разработать компоненты желаемой функциональности независимо от того, как они могут быть собраны.

  • Магнитная сборка для синтеза анизотропных суперпарамагнитных материалов, таких как недавно представленные магнитные наноцепочки . [29]
  • Электроника молекулярного масштаба стремится разработать молекулы с полезными электронными свойствами. Затем их можно было бы использовать в качестве компонентов одной молекулы в наноэлектронном устройстве. [49] Для примера см. ротаксан.
  • Синтетические химические методы также могут быть использованы для создания синтетических молекулярных двигателей , например, в так называемом наноавтомобиле .

Биомиметические подходы

  • Бионика или биомимикрия стремится применить биологические методы и системы, встречающиеся в природе, для изучения и проектирования инженерных систем и современных технологий. Биоминерализация является одним из примеров изученных систем.
  • Бионанотехнология — это использование биомолекул для применения в нанотехнологиях, включая использование вирусов и липидных комплексов. [50] [51] Наноцеллюлоза является потенциальным массовым применением.

Спекулятивный

Эти подобласти стремятся предвидеть , какие изобретения могут дать нанотехнологии, или пытаются предложить повестку дня, по которой могут продвигаться исследования. Они часто рассматривают нанотехнологию в целом, уделяя больше внимания ее социальным последствиям, чем деталям того, как на самом деле могут быть созданы такие изобретения.

  • Молекулярная нанотехнология — это предлагаемый подход, который включает в себя манипулирование отдельными молекулами точно контролируемыми детерминированными способами. Это более теоретическое, чем другие подполя, и многие из предлагаемых методов выходят за рамки текущих возможностей.
  • Наноробототехника сосредоточена на самодостаточных машинах с некоторыми функциями, работающих в наномасштабе. Есть надежда на применение нанороботов в медицине. [52] [53] Тем не менее, прогресс в области инновационных материалов и методологий был продемонстрирован несколькими патентами, выданными на новые нанотехнологические устройства для будущих коммерческих приложений, что также постепенно помогает в развитии нанороботов с использованием встроенных концепций нанобиоэлектроники. [54] [55]
  • Производственные наносистемы - это «системы наносистем», которые будут сложными наносистемами, которые производят детали атомарной точности для других наносистем, не обязательно используя новые свойства, возникающие в наномасштабе, но хорошо понимаемые основы производства. Из-за дискретной (т.е. атомарной) природы материи и возможности экспоненциального роста этот этап рассматривается как основа очередной промышленной революции. Михаил Роко , один из создателей Национальной инициативы США по нанотехнологиям, предложил четыре состояния нанотехнологий, которые кажутся параллельными техническому прогрессу промышленной революции, переходя от пассивных наноструктур к активным наноустройствам, сложным наномашинам и, в конечном счете, к продуктивным наносистемам. [56]
  • Программируемая материя стремится создавать материалы, свойства которых можно легко, обратимо и извне контролировать посредством слияния информатики и материаловедения .
  • Из-за популярности и освещения в СМИ термина нанотехнология по аналогии с ним были придуманы слова пикотехнология и фемтотехнология , хотя они используются редко и неформально.

Размерность в наноматериалах

Наноматериалы можно разделить на 0D, 1D, 2D и 3D наноматериалы . Размерность играет важную роль в определении характеристик наноматериалов, включая физические , химические и биологические характеристики. С уменьшением размерности наблюдается увеличение отношения поверхности к объему. Это указывает на то, что наноматериалы меньшего размера имеют большую площадь поверхности по сравнению с трехмерными наноматериалами. В последнее время широко исследуются двумерные (2D) наноматериалы для электронных , биомедицинских приложений , доставки лекарств и биосенсоров .

Инструменты и методы

Типичная установка АСМ . Микрокантилевер с острым кончиком отклоняется элементами на поверхности образца, как в фонографе , но в гораздо меньшем масштабе. Лазерный луч отражается от задней части кантилевера и попадает в набор фотодетекторов , что позволяет измерить отклонение и собрать изображение поверхности.

Есть несколько важных современных разработок. Атомно - силовой микроскоп (АСМ) и сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) — две ранние версии сканирующих зондов, которые запустили нанотехнологии. Существуют и другие виды сканирующей зондовой микроскопии . Хотя концептуально они аналогичны сканирующему конфокальному микроскопу , разработанному Марвином Мински в 1961 году, и сканирующему акустическому микроскопу (SAM), разработанному Кельвином Куэйтом и его сотрудниками в 1970-х годах, более новые сканирующие зондовые микроскопы имеют гораздо более высокое разрешение, поскольку они не ограничены длиной волны излучения. звук или свет.

Наконечник сканирующего зонда также можно использовать для манипулирования наноструктурами (процесс, называемый позиционной сборкой). Методология ориентированного на признаки сканирования может быть многообещающим способом реализации этих наноманипуляций в автоматическом режиме. [57] [58] Тем не менее, это все еще медленный процесс из-за низкой скорости сканирования микроскопа.

Также были разработаны различные методы нанолитографии, такие как оптическая литография , рентгеновская литография , нанолитография с погружным пером, электронно-лучевая литография или литография с наноимпринтом . Литография — это метод изготовления сверху вниз, при котором объемный материал уменьшается в размерах до наноразмерного рисунка.

Другая группа нанотехнологических методов включает методы, используемые для изготовления нанотрубок и нанопроводов , методы, используемые в производстве полупроводников, такие как литография в глубоком ультрафиолете, электронно-лучевая литография, обработка сфокусированным ионным лучом, литография с наноимпринтом, осаждение атомного слоя и осаждение из молекулярного пара, а также методы молекулярной самосборки, такие как использование диблок-сополимеров. Предшественники этих методов предшествовали эре нанотехнологий и являются продолжением развития научных достижений, а не методами, разработанными с единственной целью создания нанотехнологий и являющимися результатами исследований в области нанотехнологий. [59]

Подход «сверху вниз» предполагает, что наноустройства должны создаваться по частям поэтапно, так же, как производятся промышленные товары. Сканирующая зондовая микроскопия является важным методом как для характеристики, так и для синтеза наноматериалов. Атомно-силовые микроскопы и сканирующие туннельные микроскопы можно использовать для изучения поверхностей и перемещения атомов. Разрабатывая различные наконечники для этих микроскопов, их можно использовать для вырезания структур на поверхностях и для помощи в наведении самособирающихся структур. Используя, например, подход к сканированию, ориентированному на особенности, атомы или молекулы можно перемещать по поверхности с помощью методов сканирующей зондовой микроскопии. [57] [58] В настоящее время это дорого и требует много времени для массового производства, но очень подходит для лабораторных экспериментов.

Напротив, восходящие методы строят или выращивают более крупные структуры атом за атомом или молекулу за молекулой. Эти методы включают химический синтез, самосборку и позиционную сборку. Интерферометрия с двойной поляризацией является одним из инструментов, подходящих для характеристики самособирающихся тонких пленок. Еще одним вариантом восходящего подхода является молекулярно-лучевая эпитаксия или МЛЭ. Исследователи из Bell Telephone Laboratoriesкак Джон Р. Артур. Альфред Ю. Чо и Арт К. Госсард разработали и внедрили МПЭ в качестве исследовательского инструмента в конце 1960-х и 1970-х годах. Образцы, полученные с помощью MBE, сыграли ключевую роль в открытии дробного квантового эффекта Холла, за который в 1998 году была присуждена Нобелевская премия по физике. МПЭ позволяет ученым укладывать атомарно точные слои атомов и в процессе создавать сложные структуры. Важный для исследования полупроводников, MBE также широко используется для изготовления образцов и устройств для новой области спинтроники .

Однако новые терапевтические продукты на основе чувствительных наноматериалов, таких как ультрадеформируемые, чувствительные к стрессу везикулы Transfersome , находятся в стадии разработки и уже одобрены для использования человеком в некоторых странах. [60]

Исследования и разработки

См. также: Мировые показатели интеллектуальной собственности .

Из-за разнообразия потенциальных применений (в том числе промышленных и военных) правительства инвестировали миллиарды долларов в исследования нанотехнологий. До 2012 года США инвестировали 3,7 миллиарда долларов в рамках своей Национальной инициативы по нанотехнологиям , Европейский союз – 1,2 миллиарда долларов, а Япония – 750 миллионов долларов. [61] Более шестидесяти стран создали программы исследований и разработок в области нанотехнологий (НИОКР) в период с 2001 по 2004 год. В 2012 году США и ЕС инвестировали в исследования в области нанотехнологий по 2,1 миллиарда долларов каждый , за ними следует Япония с 1,2 миллиарда долларов . Мировые инвестиции достигли $7,9 млрд.в 2012 году. Государственное финансирование превысило корпоративные расходы на исследования и разработки в области нанотехнологий, которые в 2012 году составили 10 миллиардов долларов . Крупнейшие корпоративные расходы на исследования и разработки были из США, Японии и Германии, на которые в совокупности приходилось 7,1 миллиарда долларов . [25]

Лучшие исследовательские организации в области нанотехнологий по количеству патентов (1970–2011 гг.) [25]
КлассифицироватьОрганизацияСтранаПервые патенты
1Самсунг ЭлектрониксЮжная Корея2578
2Ниппон Стил и Сумитомо МеталлЯпония1490
3IBMСоединенные Штаты1360
4ТошибаЯпония1298
5Кэнон Инк.Япония1162
6ХитачиЯпония1100
7Калифорнийский университет, БерклиСоединенные Штаты1055
8ПанасоникЯпония1047
9Hewlett PackardСоединенные Штаты880
10ТДКЯпония839
Ведущие исследовательские организации в области нанотехнологий по количеству научных публикаций (1970–2012 гг.) [25]
КлассифицироватьОрганизацияСтранаНаучные публикации
1Китайская академия наукКитай29 591
2Российская академия наукРоссия12 543
3Национальный центр научных исследованийФранция8 105
4Токийский университетЯпония6932
5Осакский университетЯпония6613
6Университет ТохокуЯпония6266
7Калифорнийский университет, БерклиСоединенные Штаты5936
8Испанский национальный исследовательский советИспания5 585
9Университет ИллинойсаСоединенные Штаты5580
10Массачусетский технологический институтСоединенные Штаты5 567

Приложения

Одно из основных применений нанотехнологии находится в области наноэлектроники , где полевые МОП -транзисторы изготавливаются из небольших нанопроволок длиной ≈10 нм. Вот моделирование такой нанопроволоки.
Наноструктуры придают этой поверхности супергидрофобность , позволяющую каплям воды скатываться по наклонной плоскости .
Нанопроводные лазеры для сверхбыстрой передачи информации в световых импульсах
Основная статья: Список приложений нанотехнологий

По состоянию на 21 августа 2008 г., по оценкам Проекта по новым нанотехнологиям , более 800 нанотехнологических продуктов, идентифицированных производителями, находятся в открытом доступе, причем новые продукты появляются на рынке со скоростью 3–4 в неделю. [20] Проект перечисляет все продукты в общедоступной онлайн-базе данных. Большинство приложений ограничивается использованием пассивных наноматериалов «первого поколения», которые включают диоксид титана в солнцезащитных кремах, косметике, поверхностных покрытиях [62] и некоторых пищевых продуктах; Углеродные аллотропы, используемые для производства ленты геккона ; серебро в пищевой упаковке, одежде, дезинфицирующих средствах и бытовой технике; оксид цинка в солнцезащитных кремах и косметике, поверхностных покрытиях, красках и лаках для садовой мебели; и оксид церия в качестве топливного катализатора.[19]

Дальнейшее применение позволяет теннисным мячам служить дольше, мячам для гольфа лететь прямее и даже мячам для боулинга становиться более прочными и иметь более твердую поверхность. Брюки и носки созданы с применением нанотехнологий, чтобы они прослужили дольше и сохраняли прохладу летом. Бинты наполняются наночастицами серебра, чтобы быстрее заживлять порезы. [63] Игровые приставки и персональные компьютеры могут стать дешевле, быстрее и содержать больше памяти благодаря нанотехнологиям. [64]Кроме того, для создания структур для вычислений на кристалле со светом, например, на кристалле оптической квантовой обработки информации и пикосекундной передачи информации. [65]

Нанотехнологии могут сделать существующие медицинские приложения более дешевыми и простыми в использовании в таких местах, как кабинет врача общей практики и дома. [66] Автомобили производятся с использованием наноматериалов , поэтому в будущем для их работы может потребоваться меньше металлов и меньше топлива . [67]

Сейчас ученые обращаются к нанотехнологиям, пытаясь разработать дизельные двигатели с более чистыми выхлопными газами. Платина в настоящее время используется в качестве катализатора дизельного двигателя в этих двигателях. Катализатор очищает частицы выхлопных газов. Сначала используется восстановительный катализатор, который отделяет атомы азота от молекул NOx, чтобы освободить кислород. Затем катализатор окисления окисляет углеводороды и монооксид углерода с образованием диоксида углерода и воды. [68] Платина используется как в катализаторах восстановления, так и в катализаторах окисления. [69]Однако использование платины неэффективно, поскольку оно дорого и неустойчиво. Датская компания InnovationsFonden инвестировала 15 миллионов датских крон в поиск новых заменителей катализаторов с использованием нанотехнологий. Цель проекта, запущенного осенью 2014 года, — максимально увеличить площадь поверхности и минимизировать количество требуемого материала. Объекты имеют тенденцию минимизировать свою поверхностную энергию; две капли воды, например, соединятся в одну каплю и уменьшат площадь поверхности. Если площадь поверхности катализатора, которая подвергается воздействию выхлопных газов, максимальна, эффективность катализатора максимальна. Команда, работающая над этим проектом, стремится создать наночастицы, которые не будут сливаться. Каждый раз, когда поверхность оптимизируется, материал экономится. Таким образом, создание этих наночастиц повысит эффективность полученного катализатора дизельного двигателя, что, в свою очередь, приведет к более чистым выхлопным газам, и снизит стоимость. В случае успеха команда надеется сократить использование платины на 25%.[70]

Нанотехнологии также играют заметную роль в быстро развивающейся области тканевой инженерии . При разработке каркасов исследователи пытаются имитировать наноразмерные особенности микроокружения клетки , чтобы направить ее дифференцировку вниз по подходящей линии. [71] Например, при создании каркасов для поддержки роста костей исследователи могут имитировать ямки резорбции остеокластов . [72]

Исследователи успешно использовали наноботов на основе ДНК-оригами , способных выполнять логические функции, для адресной доставки лекарств тараканам. Говорят, что вычислительная мощность этих нанороботов может быть увеличена до мощности Commodore 64 . [73]

Наноэлектроника

Основная статья: Наноэлектроника
См. Также: FinFET , производство полупроводниковых устройств и количество транзисторов .

Коммерческое производство наноэлектронных полупроводниковых устройств началось в 2010-х годах. В 2013 году SK Hynix начала коммерческое массовое производство 16 -  нм процесса, [74] TSMC начала производство 16-  нм процесса FinFET , [75] и Samsung Electronics начала производство 10 -  нм процесса. [76] TSMC начала производство 7-нм техпроцесса в 2017 году, [77] а Samsung начала производство 5-нм техпроцесса в 2018 году . [78]В 2019 году Samsung объявила о планах коммерческого производства 3-  нм техпроцесса GAAFET к 2021 году. [79]

Коммерческое производство наноэлектронной полупроводниковой памяти также началось в 2010-х годах. В 2013 году SK Hynix начала массовое производство 16 -  нм флэш- памяти NAND [74] , а Samsung начала производство 10 -  нм многоуровневой ячейки (MLC) флэш-памяти NAND. [76] В 2017 году TSMC начала производство памяти SRAM по 7-нм техпроцессу. [77]

Подразумеваемое

Основная статья: Значение нанотехнологий

Вызывает озабоченность влияние, которое производство и использование наноматериалов в промышленных масштабах может оказать на здоровье человека и окружающую среду, как это предполагается исследованиями в области нанотоксикологии . По этим причинам некоторые группы выступают за то, чтобы нанотехнологии регулировались правительствами. Другие возражают, что чрезмерное регулирование задушит научные исследования и разработку полезных инноваций. Исследовательские агентства в области общественного здравоохранения , такие как Национальный институт безопасности и гигиены труда , активно проводят исследования потенциальных последствий для здоровья, связанных с воздействием наночастиц. [80] [81]

Некоторые продукты из наночастиц могут иметь непредвиденные последствия . Исследователи обнаружили, что бактериостатические наночастицы серебра, используемые в носках для уменьшения запаха ног, высвобождаются при стирке. [82] Эти частицы затем смываются в поток сточных вод и могут уничтожать бактерии, которые являются важными компонентами природных экосистем, ферм и процессов обработки отходов. [83]

Публичные обсуждения восприятия риска в США и Великобритании, проведенные Центром нанотехнологий в обществе, показали, что участники более позитивно относились к нанотехнологиям для энергетических приложений, чем для медицинских приложений, при этом медицинские приложения поднимают моральные и этические дилеммы, такие как стоимость и доступность. [84]

Эксперты, в том числе директор Проекта Центра Вудро Вильсона по новым нанотехнологиям Дэвид Реески, засвидетельствовали [85] , что успешная коммерциализация зависит от надлежащего надзора, стратегии исследования рисков и участия общественности. Беркли, штат Калифорния , в настоящее время является единственным городом в Соединенных Штатах, регулирующим нанотехнологии; [86] Кембридж, штат Массачусетс, в 2008 году рассматривал возможность принятия аналогичного закона, [87] но в конечном итоге отклонил его. [88]

Проблемы со здоровьем и окружающей средой

Видео о последствиях нанотехнологий для здоровья и безопасности
Основные статьи: Опасности для здоровья и безопасности наноматериалов и Загрязнение от наноматериалов

Нановолокна используются в нескольких областях и в различных продуктах, от крыльев самолетов до теннисных ракеток. Вдыхание переносимых по воздуху наночастиц и нановолокон может привести к ряду заболеваний легких , например, к фиброзу . [89] Исследователи обнаружили, что когда крысы вдыхали наночастицы, частицы оседали в мозге и легких, что приводило к значительному увеличению биомаркеров воспаления и реакции на стресс [90] , и что наночастицы вызывают старение кожи из-за окислительного стресса у бесшерстных мышей. [91] [92]

Двухлетнее исследование, проведенное в Школе общественного здравоохранения Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, показало, что у лабораторных мышей, потреблявших нанодиоксид титана, были обнаружены повреждения ДНК и хромосом в степени, «связанной со всеми основными убийцами человека, а именно раком, сердечными заболеваниями, неврологическими заболеваниями и старением». [93]

Крупное исследование, недавно опубликованное в журнале Nature Nanotechnology , предполагает, что некоторые формы углеродных нанотрубок — детище «революции в нанотехнологиях» — могут быть такими же вредными, как асбест , если их вдыхать в достаточных количествах. Энтони Ситон из Института медицины труда в Эдинбурге, Шотландия, который участвовал в написании статьи об углеродных нанотрубках , сказал: «Мы знаем, что некоторые из них, вероятно, могут вызывать мезотелиому. Поэтому с такими материалами нужно обращаться очень осторожно». [94] Ввиду отсутствия конкретных правительственных постановлений Пол и Лайонс (2008) призвали к исключению искусственных наночастиц из пищевых продуктов. [95]В газетной статье сообщается, что у рабочих на лакокрасочном заводе развилось серьезное заболевание легких, и в их легких были обнаружены наночастицы. [96] [97] [98] [99]

Регулирование

Основная статья: Регулирование нанотехнологий

Призывы к более жесткому регулированию нанотехнологий прозвучали наряду с растущими дебатами, связанными с рисками для здоровья и безопасности человека, связанными с нанотехнологиями. [100] Ведутся серьезные споры о том, кто отвечает за регулирование нанотехнологий. Некоторые регулирующие органы в настоящее время охватывают некоторые нанотехнологические продукты и процессы (в разной степени) – «привязывая» нанотехнологии к существующим правилам – в этих режимах есть явные пробелы. [101] Davies (2008) предложил нормативную дорожную карту, описывающую шаги по устранению этих недостатков. [102]

Заинтересованные стороны, обеспокоенные отсутствием нормативно-правовой базы для оценки и контроля рисков, связанных с выбросом наночастиц и нанотрубок, провели параллели с губчатой ​​энцефалопатией крупного рогатого скота («коровье бешенство»), талидомидом , генетически модифицированными продуктами питания, [103] ядерной энергией, репродуктивной технологии, биотехнология и асбестоз . Доктор Эндрю Мейнард, главный научный советник проекта Центра Вудро Вильсона по новым нанотехнологиям, приходит к выводу о недостаточном финансировании исследований в области здоровья и безопасности человека, и в результате в настоящее время существует ограниченное понимание рисков для здоровья и безопасности человека, связанных с нанотехнологиями. . [104]В результате некоторые ученые призвали к более строгому применению принципа предосторожности с задержкой разрешения на продажу, усиленной маркировкой и дополнительными требованиями к разработке данных о безопасности в отношении определенных форм нанотехнологий. [105]

В отчете Королевского общества [17] указан риск высвобождения наночастиц или нанотрубок во время утилизации, уничтожения и переработки, и рекомендуется, чтобы «производители продуктов, которые подпадают под режимы расширенной ответственности производителя , такие как положения об окончании срока службы, публиковали процедуры, описывающие, как эти материалы будут обрабатываться таким образом, чтобы свести к минимуму возможное воздействие на человека и окружающую среду» (стр. xiii).

Центр нанотехнологий в обществе обнаружил, что люди по-разному реагируют на нанотехнологии в зависимости от области применения — участники публичных обсуждений более позитивно относятся к нанотехнологиям для энергетики, чем для здравоохранения — предполагая, что любые публичные призывы к регулированию нанотехнологий могут различаться в зависимости от технологического сектора. [84]

Смотрите также

Основная статья: Очерк нанотехнологий
  • Углеродная нанотрубка
  • Электростатическое отклонение (молекулярная физика/нанотехнология)
  • Энергетические приложения нанотехнологий
  • Этика нанотехнологий
  • Образование наночастиц, вызванное ионной имплантацией
  • наночастицы золота
  • Список новых технологий
  • Список нанотехнологических организаций
  • Список программ для моделирования наноструктур
  • Магнитные наноцепи
  • Материомика
  • Нанотермит
  • Программное обеспечение для молекулярного дизайна
  • Молекулярная механика
  • Нанобиотехнология
  • Наноэлектромеханическое реле
  • Наноинженерия
  • Нанофлюидика
  • НаноХАБ
  • Нанометрология
  • Нанонейроника
  • наночастица
  • Наносети
  • Нанотехнологическое образование
  • Нанотехнологии в художественной литературе
  • Нанотехнологии в очистке воды
  • Нанооружие
  • Национальная нанотехнологическая инициатива
  • Самосборка наночастиц
  • Сверху вниз и снизу вверх
  • Трансляционное исследование
  • Мокрая нанотехнология

использованная литература

  1. ^ Дрекслер, К. Эрик (1986). Двигатели созидания: грядущая эра нанотехнологий . Даблдэй. ISBN 978-0-385-19973-5.
  2. ^ Дрекслер, К. Эрик (1992). Наносистемы: молекулярное оборудование, производство и вычисления . Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-0-471-57547-4.
  3. ^ Хаблер, А. (2010). «Цифровые квантовые батареи: хранение энергии и информации в массивах нановакуумных трубок». Сложность . 15 (5): 48–55. doi : 10.1002/cplx.20306 . S2CID 6994736 . 
  4. ^ Шинн, Э. (2012). «Преобразование ядерной энергии с помощью пакетов графеновых наноконденсаторов». Сложность . 18 (3): 24–27. Бибкод : 2013Cmplx..18c..24S . doi : 10.1002/cplx.21427 . S2CID 35742708 . 
  5. ^ Элишаков, И., Д. Пентарас, К. Дужат, К. Версачи, Г. Мусколино, Дж. Сторч, С. Букас, Н. Чалламель, Т. Нацуки, Ю. Ю. Чжан, К. М. Ван и Г. Гизелинк, Углеродные нанотрубки и Наносенсоры: вибрации, коробление и баллистический удар, ISTE-Wiley, Лондон, 2012 г., XIII+стр.421; ISBN 978-1-84821-345-6 . 
  6. ^ Лион, Дэвид; и другие. (2013). «Зависимость диэлектрической прочности от размера зазора в нановакуумных зазорах». IEEE Transactions по диэлектрикам и электрической изоляции . 20 (4): 1467–1471. doi : 10.1109/TDEI.2013.6571470 . S2CID 709782 . 
  7. ^ Шайни, Раджив; Сайни, Сантош; Шарма, Суганда (2010). «Нанотехнологии: медицина будущего» . Журнал кожной и эстетической хирургии . 3 (1): 32–33. doi : 10.4103/0974-2077.63301 . ПВК 2890134 . PMID 20606992 .  
  8. ^ Белкин, А .; и другие. (2015). «Самособирающиеся шевелящиеся наноструктуры и принцип максимального производства энтропии» . науч. Представитель _ 5 : 8323. Бибкод : 2015NatSR ...5E8323B . дои : 10.1038/srep08323 . ПМЦ 4321171 . PMID 25662746 .  
  9. ^ Бузея, К.; Пачеко, II; Робби, К. (2007). «Наноматериалы и наночастицы: источники и токсичность». Биоинтерфазы . 2 (4): MR17–MR71. архив : 0801.3280 . дои : 10.1116/1.2815690 . PMID 20419892 . S2CID 35457219 .  
  10. ^ Бинниг, Г .; Рорер, Х. (1986). «Сканирующая туннельная микроскопия». Журнал исследований и разработок IBM . 30 (4): 355–69.
  11. ^ «Пресс-релиз: Нобелевская премия по физике 1986 года» . Nobelprize.org. 15 октября 1986 г. Архивировано из оригинала 5 июня 2011 г .. Проверено 12 мая 2011 г.
  12. ^ Крото, HW; Хит, младший; О'Брайен, Южная Каролина; Керл, РФ; Смолли, RE (1985). «C 60 : Бакминстерфуллерен». Природа . 318 (6042): 162–163. Бибкод : 1985Natur.318..162K . дои : 10.1038/318162a0 . S2CID 4314237 . 
  13. ^ Адамс, В.В.; Боуман, Р. Х. (2005). «РЕТРОСПЕКТИВА: Ричард Э. Смолли (1943–2005)» . Наука . 310 (5756): 1916. doi : 10.1126/science.1122120 . PMID 16373566 . 
  14. ^ Монтиу, Марк; Кузнецов, В (2006). «Кому следует отдать должное за открытие углеродных нанотрубок?» (PDF) . Углерод . 44 (9): 1621–1623. doi : 10.1016/j.carbon.2006.03.019 .
  15. ^ Паса, Андре Авелино (2010). «Глава 13: Металлический транзистор с нанослойной базой» . Справочник по нанофизике: наноэлектроника и нанофотоника . CRC Пресс . стр. 13–1, 13–4. ISBN 9781420075519.
  16. ↑ Цу-Джэ Кинг, Лю (11 июня 2012 г.). «FinFET: история, основы и будущее» . Калифорнийский университет в Беркли . Симпозиум по краткому курсу технологии СБИС . Проверено 9 июля 2019 г. .
  17. ^ a b «Нанонаука и нанотехнологии: возможности и неопределенности» . Королевское общество и Королевская инженерная академия. Июль 2004 г. Архивировано из оригинала 26 мая 2011 г .. Проверено 13 мая 2011 г.
  18. ^ «Нанотехнология: Дрекслер и Смолли приводят доводы за и против« молекулярных ассемблеров »." . Chemical & Engineering News . 81 (48): 37–42. 1 декабря 2003 г. doi : 10.1021/cen-v081n036.p037 . Проверено 9 мая 2010 г.
  19. ^ a b «Информационный центр по нанотехнологиям: свойства, приложения, исследования и правила безопасности» . Американские элементы . Архивировано из оригинала 26 декабря 2014 года . Проверено 13 мая 2011 г.
  20. ^ a b «Анализ: это первый общедоступный онлайн-инвентарь потребительских товаров на основе нанотехнологий» . Проект по новым нанотехнологиям. 2008. Архивировано из оригинала 5 мая 2011 года . Проверено 13 мая 2011 г.
  21. ^ «Дорожная карта технологии продуктивных наносистем» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 08 сентября 2013 г.
  22. ^ «Дорожная карта НАСА по нанотехнологиям» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 22 января 2013 г.
  23. ^ «Still Room at the Bottom (нанометровый транзистор, разработанный Ян-кю Чоем из Корейского передового института науки и технологий)» , Nanoparticle News , 1 апреля 2006 г., заархивировано из оригинала 6 ноября 2012 г.
  24. ^ Ли, Хёнджин; и другие. (2006), «Sub-5nm All-Around Gate FinFET для максимального масштабирования», Симпозиум по технологии СБИС, 2006 : 58–59, doi : 10.1109/VLSIT.2006.1705215 , hdl : 10203/698 , ISBN 978-1-4244-0005-8, S2CID  26482358
  25. ^ a b c d Всемирный отчет об интеллектуальной собственности: прорывные инновации и экономический рост (PDF) . Всемирная организация интеллектуальной собственности . 2015. стр. 112–4 . Проверено 9 июля 2019 г. .
  26. ^ Альхофф, Фриц; Лин, Патрик; Мур, Дэниел (2010). Что такое нанотехнологии и зачем они нужны?: от науки к этике . Джон Уайли и сыновья. стр. 3–5. ISBN 978-1-4051-7545-6.
  27. ^ Прасад, СК (2008). Современные концепции нанотехнологий . Издательство «Дискавери». стр. 31–32. ISBN 978-81-8356-296-6.
  28. ^ б Кан, Дженнифер (2006) . «Нанотехнологии». Национальный географический . 2006 г. (июнь): 98–119.
  29. ^ б Краль, Славко ; Маковец, Дарко (27 октября 2015 г.). «Магнитная сборка суперпарамагнитных кластеров наночастиц оксида железа в наноцепи и наносвязки». АКС Нано . 9 (10): 9700–9707. doi : 10.1021/acsnano.5b02328 . PMID 26394039 . 
  30. ^ Роджерс, П. (2006). «Наноэлектроника: Единый файл» . Природные нанотехнологии . doi : 10.1038/nnano.2006.5 .
  31. ^ Любик Н; Беттс, Келлин (2008). «У серебряных носков мутная подкладка». Технологии экологических наук . 42 (11): 3910. Бибкод : 2008EnST ...42.3910L . дои : 10.1021/es0871199 . PMID 18589943 . 
  32. ↑ Феникс, Крис (март 2005 г.) Нанотехнологии: разработка молекулярного производства . Архивировано 1 сентября 2005 г. в Wayback Machine . crnano.org
  33. ^ "Некоторые статьи К. Эрика Дрекслера" . imm.org . Архивировано из оригинала 11 апреля 2006 г.
  34. ^ Карло Монтеманьо, доктор философии. Архивировано 17 сентября 2011 г. в Калифорнийском институте наносистемWayback Machine .
  35. ^ "История на обложке - Нанотехнологии" . Новости химии и техники . 81 (48): 37–42. 1 декабря 2003 г.
  36. ^ Риган, Британская Колумбия; Алони, С; Дженсен, К.; Ричи, RO; Зеттл, А (2005). «Наномотор на основе нанокристаллов» (PDF) . Нано буквы . 5 (9): 1730–1733. Бибкод : 2005NanoL...5.1730R . дои : 10.1021/nl0510659 . ОСТИ 1017464 . PMID 16159214 . Архивировано из оригинала (PDF) 10 мая 2006 г.   
  37. ^ Риган, Британская Колумбия; Алони, С .; Дженсен, К.; Зеттл, А. (2005). «Наноэлектромеханический релаксационный генератор, управляемый поверхностным натяжением» (PDF) . Письма по прикладной физике . 86 (12): 123119. Бибкод : 2005ApPhL..86l3119R . дои : 10.1063/1.1887827 . Архивировано (PDF) из оригинала 26 мая 2006 г.
  38. ^ Гудман, Р.П.; Шаап, ИАТ; Тардин, CF; Эрбен, см; Берри, RM; Шмидт, CF; Терберфилд, AJ (9 декабря 2005 г.). «Быстрая хиральная сборка жестких строительных блоков ДНК для молекулярного нанопроизводства». Наука . 310 (5754): 1661–1665. Бибкод : 2005Sci...310.1661G . doi : 10.1126/science.1120367 . PMID 16339440 . S2CID 13678773 .  
  39. ^ «Беспроводные нанокристаллы эффективно излучают видимый свет» . Архивировано из оригинала 14 ноября 2012 года . Проверено 5 августа 2015 г.
  40. ^ Нараян, Р.Дж.; Кумта, ПН; Сфейр, Ч.; Ли, Д. Х.; Чой, Д .; Олтон, Д. (2004). «Наноструктурная керамика в медицинских изделиях: применение и перспективы». ДЖОМ . 56 (10): 38–43. Бибкод : 2004JOM....56j..38N . doi : 10.1007/s11837-004-0289-x . S2CID 137324362 . 
  41. ^ Чо, Хонгсик; Пинхассик, Евгений; Давид, Валентин; Стюарт, Джон; Поспешный, Карен (31 мая 2015 г.). «Обнаружение раннего повреждения хряща с использованием целевых наносом в мышиной модели посттравматического остеоартрита». Наномедицина: нанотехнологии, биология и медицина . 11 (4): 939–946. doi : 10.1016/j.nano.2015.01.011 . PMID 25680539 . 
  42. ^ Керативитаянан, Пуньяви; Кэрроу, Джеймс К.; Гахарвар, Ахилеш К. (май 2015 г.). «Наноматериалы для разработки ответов стволовых клеток». Передовые медицинские материалы . 4 (11): 1600–27. doi : 10.1002/adhm.201500272 . PMID 26010739 . S2CID 21582516 .  
  43. ^ Гахарвар, А.К.; Сант, С.; Хэнкок, МДж; Взлом, SA, ред. (2013). Наноматериалы в тканевой инженерии: производство и применение . Оксфорд: Издательство Вудхед. ISBN 978-0-85709-596-1.
  44. ^ Гахарвар, А.К.; Пеппас, Северная Каролина; Хадемхоссейни, А. (март 2014 г.). «Нанокомпозитные гидрогели для биомедицинских приложений» . Биотехнология и биоинженерия . 111 (3): 441–53. дои : 10.1002/бит.25160 . ПВК 3924876 . PMID 24264728 .  
  45. ^ Эсламян Л., Борзабади-Фарахани А., Карими С., Саадат С., Бади М.Р. (июль 2020 г.). «Оценка прочности соединения на сдвиг и антибактериальной активности ортодонтического клея, содержащего наночастицы серебра, исследование in vitro» . Наноматериалы . 10 (8): 1466. doi : 10.3390/nano10081466 . ПВК 7466539 . PMID 32727028 .  
  46. ^ Левинс, Кристофер Г.; Шафмайстер, Кристиан Э. (2006). «Синтез изогнутых и линейных структур из минимального набора мономеров» . ХимИнформ . 37 (5). doi : 10.1002/chin.200605222 .
  47. ^ «Приложения/Продукты» . Национальная нанотехнологическая инициатива. Архивировано из оригинала 20 ноября 2010 г .. Проверено 19 октября 2007 г. .
  48. ^ «Нобелевская премия по физике 2007 г.» . Nobelprize.org. Архивировано из оригинала 05.08.2011 . Проверено 19 октября 2007 г. .
  49. ^ Дас С., Гейтс А.Дж., Абду Х.А., Роуз Г.С., Пикконатто К.А., Элленбоген Дж.К. (2007). «Проекты сверхмаленьких наноэлектронных схем специального назначения». Транзакции IEEE в цепях и системах I . 54 (11): 2528–2540. doi : 10.1109/TCSI.2007.907864 . S2CID 13575385 . 
  50. ^ Машаги, С .; Джадиди, Т .; Кендеринк, Г.; Машаги, А. (2013). «Липидные нанотехнологии» . Междунар. Дж. Мол. науч . 2013 (14): 4242–4282. дои : 10.3390/ijms14024242 . ПВК 3588097 . PMID 23429269 .  
  51. ↑ Хоган, К. Майкл (2010) «Вирус» . Архивировано 16 октября 2011 г. в Wayback Machine в Энциклопедии Земли . Национальный совет по науке и окружающей среде. ред. С. Драгган и К. Кливленд
  52. ^ Кубик Т., Богуния-Кубик К., Сугисака М. (2005). «Нанотехнологии на дежурстве в медицинских приложениях». Карр Фарм Биотехнолог . 6 (1): 17–33. дои : 10.2174/1389201053167248 . PMID 15727553 . 
  53. ^ Лири, СП; Лю, CY; Апуццо, М.Л. (2006). «К возникновению нанонейрохирургии: Часть III-Наномедицина: целевая нанотерапия, нанохирургия и прогресс в реализации нанонейрохирургии». Нейрохирургия . 58 (6): 1009–1026. doi : 10.1227/01.NEU.0000217016.79256.16 . PMID 16723880 . S2CID 33235348 .  
  54. ^ Кавальканти, А .; Ширинзаде, Б.; Фрейтас, Р.; Кретли, Л. (2007). «Архитектура медицинских нанороботов на основе нанобиоэлектроники». Последние патенты на нанотехнологии . 1 (1): 1–10. дои : 10.2174/187221007779814745 . PMID 19076015 . S2CID 9807497 .  
  55. ^ Букалель М., Готье М., Дауге М., Пиат Э., Абади Дж. (2007). «Умные микророботы для механической характеристики клеток и транспортировки клеток» (PDF) . IEEE транс. Биомед. англ . 54 (8): 1536–1540. doi : 10.1109/TBME.2007.891171 . PMID 17694877 . S2CID 1119820 .   
  56. ^ «Международный взгляд на государственное финансирование нанотехнологий в 2005 г.» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 31 января 2012 г.
  57. ^ а б Лапшин, Р.В. (2004). «Методология функционально-ориентированного сканирования для зондовой микроскопии и нанотехнологий» (PDF) . Нанотехнологии . 15 (9): 1135–1151. Бибкод : 2004Nanot..15.1135L . doi : 10.1088/0957-4484/15/9/006 . Архивировано из оригинала 09 сентября 2013 г.
  58. ^ а б Лапшин, Р.В. (2011). «Ориентированная на особенности сканирующая зондовая микроскопия». В HS Nalwa (ред.). Энциклопедия нанонауки и нанотехнологии (PDF) . Том. 14. США: Американское научное издательство. стр. 105–115. ISBN  978-1-58883-163-7. Архивировано из оригинала 09 сентября 2013 г.
  59. ^ Кафшгари, М.Х.; Фелькер, Нью-Хэмпшир; Хардинг, Ф.Дж. (2015). «Применение наноструктур нульвалентного кремния в биомедицине». Наномедицина (Лонд) . 10 (16): 2553–71. doi : 10.2217/nnm.15.91 . PMID 26295171 . 
  60. ^ Раджан, Решми; Хосе, Шома; Мукунд, В.П. Биджу; Васудеван, Дипа Т. (01 января 2011 г.). «Трансферосомы - везикулярная трансдермальная система доставки для улучшения проникновения лекарств» . Журнал передовых фармацевтических технологий и исследований . 2 (3): 138–143. дои : 10.4103/2231-4040.85524 . ПВК 3217704 . PMID 22171309 .  
  61. ↑ Применение нанотехнологий для повышения промышленной и сельскохозяйственной продукции . Архивировано 26 апреля 2012 г. в Wayback Machine , The Daily Star (Бангладеш) , 17 апреля 2012 г.
  62. ^ Куртоглу М.Е.; Лонгенбах Т.; Реддингтон П.; Гогоци Ю. (2011). «Влияние температуры прокаливания и окружающей среды на фотокаталитические и механические свойства ультратонких золь-гелевых пленок диоксида титана». Журнал Американского керамического общества . 94 (4): 1101–1108. doi : 10.1111/j.1551-2916.2010.04218.x .
  63. Викискладе есть медиафайлы по теме нанотехнологий . nnin.org . 2010. Архивировано из оригинала 19 января 2012 года . Проверено 23 ноября 2011 г.
  64. ↑ Нано в вычислениях и электронике . Архивировано 14 ноября 2011 г. в Wayback Machine на NanoandMe.org.
  65. ^ Майер, Б.; Янкер, Л.; Лойч, Б.; Треу, Дж.; Костенбадер, Т .; Лихтманнекер, С.; Райхерт, Т .; Моркеттер, С .; Канибер, М.; Абстрайтер, Г.; Гис, К.; Коблмюллер, Г.; Финли, Дж. Дж. (2015). «Монолитно интегрированные лазеры на нанопроводах с высоким β на кремнии». Нано буквы . 16 (1): 152–156. Бибкод : 2016NanoL..16..152M . doi : 10.1021/acs.nanolett.5b03404 . PMID 26618638 . 
  66. ↑ Нано в медицине . Архивировано 14 ноября 2011 г. в Wayback Machine на NanoandMe.org.
  67. ↑ Nano в транспорте . Архивировано 29 октября 2011 г. в Wayback Machine на NanoandMe.org.
  68. ^ Каталитический нейтрализатор на Wikipedia.org
  69. ↑ Как работают каталитические нейтрализаторы . Архивировано 10 декабря 2014 г. в Wayback Machine на сайте howstuffworks.com.
  70. ↑ Нанотехнологии для создания более чистых дизельных двигателей . Архивировано 14 декабря 2014 г. в Wayback Machine . RDmag.com. сентябрь 2014 г.
  71. ^ Кэссиди, Джон В. (2014). «Нанотехнологии в регенерации сложных тканей» . Информация о регенерации костей и тканей . 5 : 25–35. DOI : 10.4137 /BTRI.S12331 . ПВК 4471123 . PMID 26097381 .  
  72. ^ Кэссиди, Дж. В.; Робертс, Дж. Н.; Смит, Калифорния; Робертсон, М.; Уайт, К.; Биггс, МДж; Ореффо, Китайская Республика; Долби, MJ (2014). «Ограничение остеогенного происхождения остеопредшественниками, культивируемыми на нанометрических рифленых поверхностях: роль созревания фокальной адгезии» . Акта Биоматериалы . 10 (2): 651–660. doi : 10.1016/j.actbio.2013.11.008 . ПВК 3907683 . PMID 24252447 . Архивировано из оригинала 30 августа 2017 г.  
  73. ^ Амир, Ю .; Бен-Ишай, Э.; Левнер, Д.; Иттах, С .; Абу-Горовиц, А.; Бачелет, И. (2014). «Универсальные вычисления с помощью ДНК-оригами-роботов в живом животном» . Природные нанотехнологии . 9 (5): 353–357. Бибкод : 2014NatNa...9..353A . doi : 10.1038/nnano.2014.58 . ПМЦ 4012984 . PMID 24705510 .  
  74. ^ а б "История: 2010-е" . СК Хайникс . Проверено 8 июля 2019 г. .
  75. ^ «Технология 16/12 нм» . ТСМС . Проверено 30 июня 2019 г. .
  76. ^ a b «Samsung массово производит 3-битную флэш-память MLC NAND емкостью 128 ГБ» . Оборудование Тома . 11 апреля 2013 г. . Проверено 21 июня 2019 г. .
  77. ^ а б "Технология 7 нм" . ТСМС . Проверено 30 июня 2019 г. .
  78. ^ Шилов, Антон. «Samsung завершает разработку 5-нм техпроцесса EUV» . www.anandtech.com . Проверено 31 мая 2019 г. .
  79. ↑ Армасу , Лучиан (11 января 2019 г.), «Samsung планирует массовое производство 3-нм чипов GAAFET в 2021 г.» , www.tomshardware.com
  80. ^ «CDC - Нанотехнологии - Тема безопасности и здоровья на рабочем месте NIOSH» . Национальный институт охраны труда и здоровья. 15 июня 2012 года. Архивировано из оригинала 4 сентября 2015 года . Проверено 24 августа 2012 г. .
  81. ^ «CDC - Публикации и продукты NIOSH - Заполнение пробелов в знаниях о безопасных нанотехнологиях на рабочем месте» . Национальный институт охраны труда и здоровья. 7 ноября 2012 г. doi : 10.26616/NIOSHPUB2013101 . Архивировано из оригинала 11 ноября 2012 года . Проверено 8 ноября 2012 г. . {{cite journal}}: Журнал цитирования требует |journal=( помощь )
  82. ^ Любик, Н.; Беттс, Келлин (2008). «У серебряных носков мутная подкладка». Экологические науки и технологии . 42 (11): 3910. Бибкод : 2008EnST ...42.3910L . дои : 10.1021/es0871199 . PMID 18589943 . 
  83. ^ Murray RGE (1993) Достижения в области бактериальных паракристаллических поверхностных слоев . Т. Дж. Беверидж, С. Ф. Коваль (ред.). Пленум Пресс. ISBN 978-0-306-44582-8 . стр. 3–9. 
  84. ^ a b Харторн, Барбара Херр (23 января 2009 г.) «Люди в США и Великобритании демонстрируют сильное сходство в своем отношении к нанотехнологиям» . Архивировано 23 августа 2011 г. в Wayback Machine . Нанотехнологии сегодня.
  85. ↑ Свидетельство Дэвида Рейески для Комитета Сената США по торговле, науке и транспорту . Архивировано 08 апреля 2008 г. в проекте Wayback Machine о новых нанотехнологиях. Проверено 7 марта 2008 г.
  86. ↑ DelVecchio , Rick (24 ноября 2006 г.) Беркли рассматривает необходимость нанобезопасности . Архивировано 9 апреля 2008 г. в Wayback Machine . sfgate.com
  87. ^ Брей, Гайавата (26 января 2007 г.) Кембридж рассматривает ограничения нанотехнологий - городские власти могут имитировать устав Беркли . Архивировано 11 мая 2008 г. в Wayback Machine . бостон.com
  88. ↑ Рекомендации по муниципальной политике в области здравоохранения и безопасности для наноматериалов: отчет городскому менеджеру Кембриджа . Архивировано 14 июля 2011 г. в Wayback Machine . nanolawreport.com. июль 2008 г.
  89. ^ Бирн, JD; Боуг, Дж. А. (2008). «Значение наночастиц при индуцированном частицами легочном фиброзе» . Медицинский журнал Макгилла . 11 (1): 43–50. ПВК 2322933 . PMID 18523535 .  
  90. ^ Старейшина, А. (2006). Крошечные вдыхаемые частицы проходят легкий путь от носа к мозгу. urmc.rochester.edu Архивировано 21 сентября 2006 г. в Wayback Machine .
  91. ^ Ву, Дж; Лю, Вт; Сюэ, К; Чжоу, С; Лан, Ф; Би, Л; Сюй, Х; Ян, Х; Цзэн, Ф.Д. (2009). «Токсичность и проникновение наночастиц TiO2 в безволосых мышей и кожу свиньи после субхронического воздействия на кожу». Токсикологические письма . 191 (1): 1–8. doi : 10.1016/j.toxlet.2009.05.020 . PMID 19501137 . 
  92. ^ Йонайтис, Т.С.; Карта, JW; Магнусон, Б. (2010). «Опасения по поводу проникновения через кожу и токсичности наноразмерного диоксида титана». Токсикологические письма . 192 (2): 268–9. doi : 10.1016/j.toxlet.2009.10.007 . PMID 19836437 . 
  93. ↑ Шнайдер, Эндрю (24 марта 2010 г.) «На фоне ослепительных обещаний Nanotech риски для здоровья растут» . Архивировано 26 марта 2010 г. в Wayback Machine . Новости АОЛ
  94. ^ Вайс, Р. (2008). Влияние нанотрубок может привести к раку, говорится в исследовании. Архивировано 29 июня 2011 г. в Wayback Machine .
  95. ^ Полл, Дж. И Лайонс, К. (2008). «Нанотехнология: следующий вызов органике» (PDF) . Журнал органических систем . 3 : 3–22. Архивировано (PDF) из оригинала 18 июля 2011 г.
  96. ↑ Смит, Ребекка (19 августа 2009 г.). «Исследования предполагают, что наночастицы, используемые в краске, могут убивать» . Телеграф . Лондон. Архивировано из оригинала 15 марта 2010 года . Проверено 19 мая 2010 г.
  97. ↑ Нановолокна «могут представлять опасность для здоровья». Архивировано 25 августа 2012 г. в Wayback Machine . Би-би-си. 2012-08-24
  98. ^ Шинвальд, А .; Мерфи, США; Прина-Мелло, А .; Польша, Калифорния; Бирн, Ф.; Мовия, Д.; Гласс, младший; Дикерсон, Дж. К.; Шульц, Д.А.; Джеффри, CE; Макни, В .; Дональдсон, К. (2012). «Пороговая длина острого воспаления плевры, вызванного волокнами: проливая свет на ранние события мезотелиомы, вызванной асбестом» . Токсикологические науки . 128 (2): 461–470. doi : 10.1093/toxsci/kfs171 . PMID 22584686 . 
  99. ^ Является ли хроническое воспаление ключом к разгадке тайн рака? Архивировано 4 ноября 2012 г. в Wayback Machine Scientific American. 2008-11-09
  100. ^ Кевин Роллинз (Nems Mems Works, LLC). «Регулирование нанобиотехнологии: предложение о саморегулировании с ограниченным надзором» . Том 6 – Выпуск 2 . Архивировано из оригинала 14 июля 2011 года . Проверено 2 сентября 2010 г.
  101. ^ Боуман Д., Ходж Г. (2006). «Нанотехнология: картирование диких границ регулирования». Фьючерсы . 38 (9): 1060–1073. doi : 10.1016/j.futures.2006.02.017 .
  102. ^ Дэвис, Дж. К. (2008). Надзор за нанотехнологиями: повестка дня следующей администрации . Архивировано 20 ноября 2008 г. в Wayback Machine .
  103. ^ Роу, Г. (2005). «Трудности в оценке инициатив по привлечению общественности: размышления об оценке британской нации ГМ? Общественные дебаты о трансгенных культурах» . Общественное понимание науки (представленная рукопись). 14 (4): 331–352. дои : 10.1177/0963662505056611 . S2CID 144572555 . 
  104. ^ Мейнард, А. Свидетельские показания доктора Эндрю Мейнарда для Комитета Палаты представителей США по науке и технологиям . (2008-4-16). Проверено 24 ноября 2008 г. Архивировано 29 мая 2008 г. в Wayback Machine .
  105. ^ Фаунс, Т .; Мюррей, К.; Насу, Х .; Боуман, Д. (2008). «Безопасность солнцезащитных кремов: принцип предосторожности, Австралийское управление терапевтических товаров и наночастицы в солнцезащитных кремах». Наноэтика . 2 (3): 231–240. doi : 10.1007/s11569-008-0041-z . S2CID 55719697 . 

внешние ссылки

  • Нанотехнологии в Керли
  • Что такое нанотехнологии? (Обсуждение видео Vega/BBC/OU).
Получено с https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Nanotechnology&oldid=1090375421 .
Contribute a better translation