Страница полузащищенная
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для журнала материаловедения см Нанотехнологии (журнал) . Для использования в других целях «Нанотех», см. Нанотехнологии (значения) .

Часть серии статей о
Нанотехнологии
Воздействие и приложения
Наноматериалы
Молекулярная самосборка
Наноэлектроника
Нанометрология
Молекулярная нанотехнология

Нанотехнология или нанотехнология - это использование вещества в атомном , молекулярном и надмолекулярном масштабе в промышленных целях. Самое раннее и широко распространенное описание нанотехнологии относилось к конкретной технологической цели точного манипулирования атомами и молекулами для изготовления продуктов макромасштабного масштаба, что теперь также называется молекулярной нанотехнологией . [1] [2] Более обобщенное описание нанотехнологии было впоследствии установлено Национальной инициативой по нанотехнологиям , которая определила нанотехнологию как манипулирование материей по крайней мере с одним измерением 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 с конкретной технологической цели на исследовательскую категорию, включающую все типы исследований и технологий, которые имеют дело с особыми свойствами материи, которые возникают. ниже заданного порога размера. Поэтому принято использовать множественное число «нанотехнологии», а также «наноразмерные технологии» для обозначения широкого спектра исследований и приложений, общей чертой которых является размер.

Нанотехнологии , как определено по размеру, естественно , широкий, в том числе областях науки , как разнообразны , как науки о поверхности , органической химии , молекулярной биологии , физики полупроводников , хранения энергии , [3] [4] инженерия , [5] микротехнологий , [6] и молекулярной инженерии . [7] Связанное исследование и приложения одинаково разнообразны, начиная от расширений обычных физики устройств полностью новые подходов основаны на молекулярно самосборки , [8] от разработкиновые материалы с размерами в наномасштабе для прямого управления материей в атомном масштабе .

Ученые в настоящее время обсуждают будущие последствия нанотехнологий . Нанотехнология может создать множество новых материалов и устройств с широким спектром приложений , таких как наномедицина , наноэлектроника , производство энергии из биоматериалов и потребительские товары. С другой стороны, нанотехнология поднимает многие из тех же проблем, что и любая новая технология, включая озабоченность по поводу токсичности и воздействия наноматериалов на окружающую среду [9] и их потенциального воздействия на мировую экономику, а также спекуляции о различных сценариях судного дня.. Эти опасения вызвали дебаты среди правозащитных групп и правительств относительно необходимости специального регулирования нанотехнологий .

Происхождение

Основная статья: История нанотехнологий

Концепции, положившие начало нанотехнологии, были впервые обсуждены в 1959 году известным физиком Ричардом Фейнманом в его выступлении « На дне много места» , в котором он описал возможность синтеза посредством прямого манипулирования атомами.

Сравнение размеров наноматериалов

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

Появление нанотехнологии как области в 1980-х годах произошло в результате конвергенции теоретических и общественных работ Дрекслера, которые разработали и популяризировали концептуальную основу нанотехнологии, и заметных экспериментальных достижений, которые привлекли дополнительное широкое внимание к перспективам атомного контроля над иметь значение. С момента всплеска популярности в 1980-х годах большая часть нанотехнологий включала исследования нескольких подходов к созданию механических устройств из небольшого числа атомов. [10]

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 управления отдельными атомами в 1989 году. Разработчики микроскопа Герд Бинниг и Генрих Рорер из исследовательской лаборатории IBM в Цюрихе получили Нобелевскую премию в Физика в 1986 году. [11] [12] Бинниг, Куэйт и Гербер также изобрели аналогичный атомно-силовой микроскоп в том же году.

Бакминстерфуллерен C 60 , также известный как бакиболл , является представителем углеродных структур, известных как фуллерены . Члены семейства фуллеренов являются основным объектом исследований, подпадающих под зонтик 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 . [13] [14] C 60 изначально не описывался как нанотехнология; этот термин использовался в отношении последующей работы с родственными графеновыми трубками (называемыми углеродными нанотрубками и иногда называемыми трубками Баки), которые предлагали потенциальные приложения для наноразмерной электроники и устройств. Открытие углеродных нанотрубок в значительной степени приписывают Сумио Ииджиме из NEC в 1991 году [15].За что Иидзима получил первую премию Кавли в области нанонауки в 2008 году .

Транзистор с переходом нанослой-основной металл-полупроводник (M-S-переход) был первоначально предложен А. Роузом в 1960 году и изготовлен Л. Геппертом, Мохамедом Аталлой и Давоном Кангом в 1962 году. [16] Десятилетия спустя прогресс в многослойной области Технология затвора позволила масштабировать устройства полевых транзисторов металл-оксид-полупроводник (MOSFET) до наноразмерных уровней, меньших, чем длина затвора 20 нм , начиная с FinFET (полевого транзистора с плавниками), трехмерного, не -планарный, двухзатворный MOSFET. В Калифорнийском университете в Берклигруппа исследователей, в которую входили Дай Хисамото, Ченмин Ху , Цу-Джэ Кинг Лю , Джеффри Бокор и другие, изготовили устройства FinFET до 17  нм техпроцесса в 1998 году, затем 15  нм в 2001 году и затем 10  нм в 2002 году [17].

В начале 2000-х эта область привлекала повышенное научное, политическое и коммерческое внимание, что привело как к спорам, так и к прогрессу. Возникли разногласия относительно определений и потенциальных последствий нанотехнологий, примером которых является отчет Королевского общества о нанотехнологиях. [18] Были подняты проблемы, связанные с осуществимостью приложений, предусмотренных сторонниками молекулярной нанотехнологии, которые вылились в публичные дебаты между Дрекслером и Смолли в 2001 и 2003 годах [19].

Тем временем начала появляться коммерциализация продуктов, основанных на достижениях в нанотехнологиях. Эти продукты ограничиваются 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 кремы на основе наночастиц , усиление углеродного волокна с помощью наночастиц кремнезема и углеродные нанотрубки для устойчивых к пятнам тканей. [20] [21]

Правительства начали продвигать и финансировать исследования в области нанотехнологий, например, в США с помощью Национальной инициативы по нанотехнологиям , которая формализовала определение нанотехнологии на основе размера и обеспечила финансирование исследований в наномасштабе, а в Европе через Европейские рамочные программы исследований и Технологическое развитие .

К середине 2000-х годов начало процветать новое серьезное научное внимание. Появились проекты по созданию дорожных карт нанотехнологий [22] [23], которые сосредоточены на атомарно точных манипуляциях с материей и обсуждают существующие и планируемые 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 MOSFET, самое маленькое в мире наноэлектронное устройство. Он был основан на технологии FinFET с универсальным затвором (GAA). [24] [25]

В период с 2001 по 2004 год более шестидесяти стран создали государственные программы исследований и разработок в области нанотехнологий (НИОКР). Государственное финансирование было превышено корпоративными расходами на НИОКР в области нанотехнологий, при этом большая часть финансирования поступала от корпораций, базирующихся в США, Японии и Германии. В пятерку крупнейших 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 нанотехнологическим исследованиям в период с 1970 по 2012 годы, вошли Китайская академия наук , Российская академия наук , Национальный центр научных исследований , Токийский университет и Университет Осаки . [26]

Основные концепции

Нанотехнология - это разработка функциональных систем на молекулярном уровне. Это касается как текущей работы, так и более сложных концепций. В своем первоначальном смысле нанотехнология относится к прогнозируемой способности конструировать предметы снизу вверх с использованием методов и инструментов, разрабатываемых сегодня, для создания законченных, высокоэффективных продуктов.

Один нанометр (нм) равен одной миллиардной, или 10 -9 , метра. Для сравнения, типичная длина углерод-углеродной связи или расстояние между этими атомами в молекуле находится 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 нанотехнология принимается за диапазон масштабов от 1 до 100 нм.в соответствии с определением, используемым Национальной инициативой в области нанотехнологий в США. Нижний предел устанавливается размером атомов (у водорода самые маленькие атомы, которые составляют примерно четверть кинетического диаметра нм ), поскольку нанотехнология должна строить свои устройства из атомов и молекул. Верхний предел является более или менее произвольным, но примерно равен размеру, ниже которого явления, не наблюдаемые в более крупных структурах, начинают проявляться и могут быть использованы в наноустройстве. [27] Эти новые явления отличают нанотехнологию от устройств, которые являются всего лишь миниатюрными версиями эквивалентного макроскопического устройства; такие устройства имеют больший масштаб и относятся к микротехнологиям . [28]

Чтобы поместить эту шкалу в другой контекст, сравнительный размер нанометра и метра такой же, как у мрамора с размером земли. [29] Или другими словами: нанометр - это количество, на которое у среднего человека растет борода за время, которое требуется ему, чтобы поднять бритву к лицу. [29]

В нанотехнологиях используются два основных подхода. При «восходящем» подходе материалы и устройства создаются из молекулярных компонентов, которые собираются химически по принципам молекулярного распознавания . [30] При подходе «сверху вниз» нанообъекты конструируются из более крупных объектов без контроля на атомарном уровне. [31]

Такие области физики, как наноэлектроника , наномеханика , нанофотоника и наноионика , развивались в течение последних нескольких десятилетий, чтобы обеспечить фундаментальную научную основу нанотехнологий.

От большего к меньшему: взгляд на материалы

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

Некоторые явления становятся заметными 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 с большим уменьшением размера частиц. Этот эффект не проявляется при переходе от макро к микро измерениям. Однако квантовые эффекты могут стать значительными при достижении нанометрового диапазона размеров, обычно на расстояниях 100 нанометров или меньше, так называемой квантовой сфере.. Кроме того, по сравнению с макроскопическими системами изменяется ряд физических (механических, электрических, оптических и т. Д.) Свойств. Одним из примеров является увеличение отношения площади поверхности к объему, изменяющее механические, термические и каталитические свойства материалов. Диффузия и реакции в наномасштабе, материалы наноструктур и наноустройства с быстрым переносом ионов обычно относят к наноионике. Механические свойства наносистем представляют интерес для исследований в области наномеханики. Каталитическая активность наноматериалов также создает потенциальные риски при их взаимодействии с биоматериалами .

Материалы, уменьшенные до наномасштаба, могут демонстрировать свойства, отличные от того, что они демонстрируют на макроуровне, что позволяет использовать их в уникальных приложениях. Например, непрозрачные вещества могут стать прозрачными (медь); стабильные материалы могут превратиться в горючие (алюминий); нерастворимые материалы могут стать растворимыми (золото). Такой материал, как золото, который химически инертен в обычных масштабах, может служить мощным химическим катализатором в наномасштабе. Большая часть увлечения нанотехнологиями проистекает из этих квантовых и поверхностных явлений, которые материя проявляет в наномасштабе. [32]

От простого к сложному: молекулярная перспектива

Основная статья: Молекулярная самосборка

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

Эти подходы используют концепции молекулярной самосборки и / или супрамолекулярной химии, чтобы автоматически организовывать себя в некую полезную конформацию посредством восходящего подхода. Концепция молекулярного распознавания особенно важна: молекулы могут быть сконструированы так, чтобы предпочтение было отдано определенной конфигурации или расположению из -за нековалентных межмолекулярных сил . Правила спаривания оснований Уотсона-Крика являются прямым результатом этого, как и специфичность фермента , нацеленного на один субстрат , или специфическая укладка белка.сам. Таким образом, два или более компонента могут быть спроектированы так, чтобы быть взаимодополняющими и взаимно привлекательными, чтобы они составляли более сложное и полезное целое.

Такие восходящие подходы должны позволять производить устройства параллельно и быть намного дешевле, чем нисходящие методы, но потенциально могут быть подавлены по мере увеличения размера и сложности желаемой сборки. Для большинства полезных структур требуется сложное и термодинамически маловероятное расположение атомов. Тем не менее, существует множество примеров самосборки, основанной на молекулярном распознавании в биологии , в первую очередь спаривание оснований Watson-Crick и взаимодействия фермент-субстрат. Задача нанотехнологии заключается в том, можно ли использовать эти принципы для создания новых конструкций в дополнение к естественным.

Молекулярные нанотехнологии: взгляд на перспективу

Основная статья: Молекулярные нанотехнологии

Молекулярная нанотехнология, иногда называемая молекулярным производством, описывает сконструированные наносистемы (наноразмерные машины), работающие в молекулярном масштабе. Молекулярная нанотехнология особенно связана с молекулярным ассемблером , машиной, которая может создавать желаемую структуру или устройство атом за атомом, используя принципы механосинтеза . Производство в контексте продуктивных наносистем не связано с традиционными технологиями, используемыми для производства наноматериалов, таких как углеродные нанотрубки и наночастицы, и должно четко отличаться 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 технологии производства, основанной на системах молекулярных машин . Предпосылка заключалась в том, что биологические аналогии в молекулярном масштабе традиционных компонентов машин продемонстрировали, что молекулярные машины возможны: из бесчисленных примеров, найденных в биологии, известно, что можно производить сложные, стохастически оптимизированные биологические машины .

Есть надежда, что развитие нанотехнологий сделает возможным их создание другими способами, возможно, с использованием принципов биомиметики . Однако Дрекслер и другие исследователи [33] предположили, что передовая нанотехнология, хотя, возможно, первоначально была реализована с помощью биомиметических средств, в конечном итоге могла бы быть основана на принципах машиностроения, а именно на технологии производства, основанной на механической функциональности этих компонентов (таких как шестерни, подшипники, двигатели и конструктивные элементы), которые позволили бы программируемую позиционную сборку в соответствии с атомарной спецификацией. [34] Физические и инженерные характеристики образцовых конструкций были проанализированы в книге Дрекслера « Наносистемы» .

В общем, очень сложно собирать устройства в атомном масштабе, так как нужно размещать атомы на других атомах сопоставимого размера и липкости. Другой вид, выдвинутая Карло Montemagno , [35] является то , что будущие наносистемы будут гибриды 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 публикации ACS Chemical & Engineering News в 2003 году. [36] Хотя биология ясно показывает, что молекулярные машинные системы возможны, небиологические молекулярные машины сегодня только зарождаются. Лидерами в исследованиях небиологических молекулярных машин являются доктор Алекс Зеттл и его коллеги из лабораторий Лоуренса Беркли и Калифорнийского университета в Беркли. [1] Они сконструировали по крайней мере три различных молекулярных устройства, движение которых контролируется с рабочего стола с изменяющимся напряжением: наномотор из нанотрубок , молекулярный актуатор [37] и наноэлектромеханический релаксационный осциллятор. [38] См.наномотор с нанотрубками для других примеров.

Эксперимент, показывающий, что позиционная молекулярная сборка возможна, был проведен Хо и Ли в Корнеллском университете в 1999 году. Они использовали сканирующий туннельный микроскоп, чтобы переместить отдельную молекулу окиси углерода (CO) к отдельному атому железа (Fe), сидящему на плоском серебре. кристалл, и химически связал CO с Fe, приложив напряжение.

Текущее исследование

Графическое представление ротаксана , используемого в качестве молекулярного переключателя .
Этот тетраэдр ДНК [39] представляет собой искусственно созданную наноструктуру того типа, который был создан в области нанотехнологий ДНК . Каждое ребро тетраэдра представляет собой двойную спираль ДНК из 20 пар оснований , а каждая вершина представляет собой трехлепестковое соединение.
Вращающийся вид C 60 , один вид фуллерена.
Это устройство передает энергию из нано-тонких слоев квантовых ям к нанокристаллам над ними, в результате чего нанокристаллов , чтобы излучать видимый свет. [40]

Наноматериалы

Сфера наноматериалов включает области, в которых разрабатываются или изучаются материалы, обладающие уникальными свойствами, обусловленными их наноразмерными размерами. [41]

  • Наука о интерфейсах 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 переносом ионов относятся также к наноионике и наноэлектронике.
  • Наноразмерные материалы также могут использоваться для объемных применений; большинство нынешних коммерческих приложений нанотехнологий имеют именно такую ​​окраску.
  • Был достигнут прогресс в использовании этих материалов в медицинских целях; см. Наномедицина .
  • Наноразмерные материалы, такие как наностолбики , иногда используются в солнечных элементах, что позволяет снизить стоимость традиционных кремниевых солнечных элементов.
  • Разработка приложений, включающих полупроводниковые наночастицы, которые будут использоваться в продуктах следующего поколения, таких как дисплейная техника, освещение, солнечные элементы и биологическая визуализация; увидеть квантовые точки .
  • Недавнее применение наноматериалов включает ряд биомедицинских приложений, таких как тканевая инженерия , доставка лекарств , антибактериальные средства и биосенсоры . [42] [43] [44] [45] [46]

Подходы снизу вверх

Они стремятся организовать более мелкие компоненты в более сложные сборки.

  • ДНК-нанотехнология 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 нацелены на создание молекул четко определенной формы (например, бис-пептидов [47] ).
  • В более общем смысле, молекулярная самосборка стремится использовать концепции супрамолекулярной химии и, в частности, молекулярного распознавания, чтобы заставить компоненты одной молекулы автоматически организовываться в некую полезную конформацию.
  • Наконечники атомно-силового микроскопа можно использовать в качестве наноразмерной «пишущей головки» для нанесения химического вещества на поверхность в виде желаемого рисунка в процессе, называемом нанолитографией с погружным пером . Этот метод вписывается в более крупную область нанолитографии .
  • Молекулярно-лучевая эпитаксия позволяет создавать восходящие сборки материалов, в первую очередь полупроводниковых материалов, обычно используемых в микросхемах и вычислительных приложениях, стопках, стробировании и лазерах на нанопроволоке .

Подходы сверху вниз

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

  • Многие технологии, которые произошли от традиционных методов изготовления микропроцессоров на основе твердотельного кремния , теперь способны создавать элементы размером менее 100 нм, подпадающие под определение нанотехнологии. Гигантские жесткие диски на основе магнитосопротивления, уже имеющиеся на рынке, соответствуют этому описанию [48], как и методы осаждения атомных слоев (ALD). Питер Грюнберг и Альберт Ферт получили Нобелевскую премию по физике в 2007 году за открытие гигантского магнитосопротивления и вклад в область спинтроники. [49]
  • Твердотельные методы также могут использоваться для создания устройств, известных как наноэлектромеханические системы или NEMS, которые связаны с микроэлектромеханическими системами или MEMS.
  • Сфокусированные ионные пучки могут непосредственно удалять материал или даже осаждать материал, 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, после чего следует процесс травления для удаления материала сверху вниз.

Функциональные подходы

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

  • Магнитная сборка для синтеза анизотропных суперпарамагнитных материалов, таких как недавно представленные магнитные наноцепи . [30]
  • Электроника молекулярного масштаба стремится разработать молекулы с полезными электронными свойствами. Затем их можно было бы использовать в качестве компонентов одной молекулы в наноэлектронном устройстве. [50] Для примера см. Ротаксан.
  • Синтетические химические методы также могут использоваться для создания синтетических молекулярных моторов , например, в так называемом наномашине .

Биомиметические подходы

  • Бионика или биомимикрия направлена ​​на применение биологических методов и систем, встречающихся в природе, для исследования и проектирования инженерных систем и современных технологий. Биоминерализация - один из примеров изученных систем.
  • Бионанотехнология - это использование биомолекул для применения в нанотехнологиях, включая использование вирусов и липидных ансамблей. [51] [52] Наноцеллюлоза может применяться в больших объемах.

Спекулятивный

Эти подполи стремятся предугадать, какие изобретения могут принести нанотехнологии, или пытаются предложить повестку дня, по которой расследование могло бы развиваться. Они часто представляют собой общую картину нанотехнологий с большим акцентом на ее социальных последствиях, чем на деталях того, как на самом деле могут быть созданы такие изобретения.

  • Молекулярная нанотехнология - это предложенный подход, который включает в себя управление отдельными молекулами точно контролируемыми детерминированными способами. Это более теоретический подход, чем другие подобласти, и многие из предлагаемых методов выходят за рамки текущих возможностей.
  • Нанороботика сосредотачивается на самодостаточных машинах некоторой функциональности, работающих в наномасштабе. Есть надежды на применение нанороботов в медицине. [53] [54] Тем не менее, прогресс в области инновационных материалов и методологий был продемонстрирован с некоторыми патентами, выданными на новые устройства для производства наночастиц для будущих коммерческих приложений, что также постепенно помогает в развитии нанороботов с использованием встроенных концепций нанобиоэлектроники. [55] [56]
  • Продуктивные наносистемы - это «системы наносистем», которые будут сложными наносистемами, которые производят детали атомарной точности для других наносистем, не обязательно используя новые наноразмерные свойства, но хорошо изученные основы производства. Из-за дискретной (т. Е. Атомарной) природы материи и возможности экспоненциального роста этот этап рассматривается как основа еще одной промышленной революции. Михаил Роко , один из архитекторов Национальной инициативы США по нанотехнологиям, предложил четыре состояния нанотехнологий, которые, кажется, параллельны техническому прогрессу промышленной революции, от пассивных наноструктур к активным наноустройствам, сложным наномашинам и, в конечном итоге, к производительным наносистемам. [57]
  • Программируемая материя стремится создавать материалы, свойства которых можно легко, обратимо и внешне контролировать с помощью слияния информатики и материаловедения .
  • Из - за популярности и воздействие средств массовой информации термина нанотехнологии, слова picotechnology и фемтотехнология была придуманы по аналогии с ним, хотя они используются только 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 3D наноматериалами. В последнее время двумерные (2D) наноматериалы широко исследуются для применения в электронике , биомедицине , доставке лекарств и биосенсорах .

Инструменты и методы

Типичная установка АСМ . Микросхема кантилевера с острым концом отклоняется от деталей на поверхности образца, как в фонографе, но в гораздо меньшем масштабе. Лазерный луч отражается от обратной стороны кантилевера в набор фотодетекторов , позволяя прогиб быть измерен и собран в изображение поверхности.

Есть несколько важных современных разработок. Атомно - силовой микроскоп (АСМ) и сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) две ранних версии сканирующих зондов , которые начали нанотехнологию. Существуют и другие виды сканирующей зондовой микроскопии . Хотя концептуально они похожи на сканирующий конфокальный микроскоп, разработанный Марвином Мински в 1961 году, и сканирующий акустический микроскоп (SAM), разработанный Кэлвином Куэтом и его сотрудниками в 1970-х годах, новые сканирующие зондовые микроскопы имеют гораздо более высокое разрешение, поскольку они не ограничены длиной волны звук или свет.

Наконечник сканирующего зонда также можно использовать для манипулирования наноструктурами (процесс, называемый позиционной сборкой). Методология объектно-ориентированного сканирования может быть многообещающим способом реализации этих наноманипуляций в автоматическом режиме. [58] [59] Однако это все еще медленный процесс из-за низкой скорости сканирования микроскопа.

Также были разработаны различные методы нанолитографии, такие как оптическая литография , рентгеновская литография , погружная нанолитография, электронно-лучевая литография или наноимпринтная литография . Литография - это технология изготовления сверху вниз, при которой объемный материал уменьшается в размере до наноразмерного узора.

Другая группа нанотехнологических методов включает те, которые используются для изготовления нанотрубок и нанопроволок , те, которые используются в производстве полупроводников, таких как литография в глубоком ультрафиолетовом свете, электронно-лучевая литография, обработка сфокусированным ионным пучком, литография наноимпринтов, осаждение атомных слоев и осаждение из молекулярной паровой фазы, а также методы молекулярной самосборки, например, с использованием диблочных сополимеров. Предшественники этих методов предшествовали эре нанотехнологий и являются продолжением развития научных достижений, а не методами, которые были разработаны с единственной целью создания нанотехнологий и явились результатом исследований в области нанотехнологий. [60]

Подход «сверху-вниз» предполагает, что наноустройства должны быть построены по частям поэтапно, так же, как производятся промышленные изделия. Сканирующая зондовая микроскопия - важный метод 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, они могут использоваться для вырезания структур на поверхностях и для управления самосборными структурами. При использовании, например, подхода к сканированию, ориентированного на объекты, атомы или молекулы можно перемещать по поверхности с помощью методов сканирующей зондовой микроскопии. [58] [59] В настоящее время это дорого и требует много времени для массового производства, но очень подходит для лабораторных экспериментов.

Напротив, восходящие методы создают или увеличивают структуры, атом за атомом или молекулу за молекулой. Эти методы включают химический синтез, самосборку и позиционную сборку. Интерферометрия с двойной поляризацией - это один из инструментов, пригодных для исследования самособирающихся тонких пленок. Другой вариант восходящего подхода - это молекулярно-лучевая эпитаксия или МБЭ. Исследователи Bell Telephone Laboratoriesкак Джон Р. Артур. Альфред Ю. Чо и Арт К. Госсард разработали и внедрили MBE в качестве исследовательского инструмента в конце 1960-х и 1970-х годах. Образцы, полученные методом МБЭ, сыграли ключевую роль в открытии дробного квантового эффекта Холла, за который в 1998 году была присуждена Нобелевская премия по физике. MBE позволяет ученым складывать слои атомов атомарной точности и в процессе создавать сложные структуры. Важный для исследования полупроводников метод MBE также широко используется для изготовления образцов и устройств для новой области спинтроники .

Однако новые терапевтические продукты, основанные на чувствительных наноматериалах, таких как сверхдеформируемые, чувствительные к стрессу везикулы Transfersome , находятся в стадии разработки и уже одобрены для использования людьми в некоторых странах. [61]

Исследования и разработки

См. Также: Мировые показатели интеллектуальной собственности

Из-за множества потенциальных применений (включая промышленное и военное) правительства вложили миллиарды долларов в исследования в области нанотехнологий. До 2012 года США инвестировали 3,7 миллиарда долларов, используя свою Национальную нанотехнологическую инициативу , Европейский Союз инвестировал 1,2 миллиарда долларов, а Япония инвестировала 750 миллионов долларов. [62] 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 вложили в исследования в области нанотехнологий по 2,1 миллиарда долларов , за ними следует Япония - 1,2 миллиарда долларов . Мировые инвестиции достигли 7,9 миллиарда долларовв 2012 году. Государственное финансирование было превышено корпоративными расходами на НИОКР на исследования в области нанотехнологий, которые составили 10 миллиардов долларов в 2012 году. Крупнейшие корпоративные спонсоры НИОКР были из США, Японии и Германии, на которые в совокупности приходилось 7,1 миллиарда долларов . [26]

Ведущие исследовательские организации в области нанотехнологий по количеству патентов (1970–2011) [26]
КлассифицироватьОрганизацияСтранаПервые патенты
1Samsung ElectronicsЮжная Корея2,578
2Nippon Steel и Sumitomo MetalЯпония1,490
3IBMСоединенные Штаты1,360
4ToshibaЯпония1,298
5Canon Inc.Япония1,162
6HitachiЯпония1,100
7Калифорнийский университет в БерклиСоединенные Штаты1,055
8PanasonicЯпония1047
9Hewlett PackardСоединенные Штаты880
10TDKЯпония839
Ведущие научно-исследовательские организации в области нанотехнологий по научным публикациям (1970–2012 гг.) [26]
КлассифицироватьОрганизацияСтранаНаучные публикации
1Китайская Академия НаукКитай29 591
2Российская Академия НаукРоссия12 543
3Национальный центр научных исследованийФранция8,105
4Токийский университетЯпония6 932
5Осакский университетЯпония6 613
6Университет ТохокуЯпония6 266
7Калифорнийский университет в БерклиСоединенные Штаты5 936
8Испанский национальный исследовательский советИспания5 585
9Университет ИллинойсаСоединенные Штаты5 580
10Массачусетский технологический институтСоединенные Штаты5 567

Приложения

Одно из основных применений нанотехнологии - это наноэлектроника, где полевые МОП - транзисторы состоят из небольших нанопроволок длиной ≈10 нм. Вот симуляция такой нанопроволоки.
Воспроизвести медиа
Наноструктуры придают этой поверхности супергидрофобность , которая позволяет каплям воды скатываться по наклонной плоскости .
Нанопроволочные лазеры для сверхбыстрой передачи информации в световых импульсах
Основная статья: Список приложений нанотехнологий

По оценкам Проекта по развивающимся нанотехнологиям , по состоянию на 21 августа 2008 г., более 800 продуктов нанотехнологий, определенных производителем, являются общедоступными, а новые продукты появляются на рынке со скоростью 3-4 в неделю. [21] Проект перечисляет все продукты в общедоступной онлайн-базе данных. Большинство приложений ограничены использованием пассивных наноматериалов «первого поколения», которые включают диоксид титана в солнцезащитных кремах, косметике, покрытиях поверхностей [63] и некоторых пищевых продуктах; Аллотропы углерода, используемые для производства ленты gecko ; серебро в пищевой упаковке, одежде, дезинфицирующих средствах и бытовой технике; оксид цинка в солнцезащитных кремах и косметике, покрытиях поверхностей, красках и лаках для уличной мебели; и оксид церия в качестве топливного катализатора.[20]

Другие применения позволяют теннисным мячам служить дольше, мячам для гольфа лететь прямее, и даже шары для боулинга становятся более прочными и имеют более твердую поверхность. Брюки и носки были пропитаны нанотехнологиями, чтобы они прослужили дольше и сохраняли прохладу летом. Повязки пропитаны наночастицами серебра, чтобы быстрее зажить порезы. [64] Игровые приставки и персональные компьютеры могут стать дешевле, быстрее и содержать больше памяти благодаря нанотехнологиям. [65]Кроме того, для создания структур на кристалле со светом, например на кристалле оптической квантовой обработки информации и пикосекундной передачи информации. [66]

Нанотехнология может сделать существующие медицинские приложения дешевле и проще в использовании в таких местах, как кабинет врача общей практики и дома. [67] Автомобили производятся из наноматериалов, поэтому в будущем им может потребоваться меньше металлов и топлива . [68]

Сейчас ученые обращаются к нанотехнологиям в попытке разработать дизельные двигатели с более чистыми выхлопными газами. Платина в настоящее время используется в этих двигателях в качестве катализатора дизельных двигателей. Катализатор - это то, что очищает частицы выхлопных газов. Сначала используется катализатор восстановления, чтобы отобрать атомы азота из молекул NOx, чтобы освободить кислород. Затем катализатор окисления окисляет углеводороды и монооксид углерода с образованием диоксида углерода и воды. [69] Платина используется как в катализаторах восстановления, так и в катализаторах окисления. [70]Однако использование платины неэффективно, поскольку является дорогостоящим и неустойчивым. 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 необходимого материала. Объекты стремятся минимизировать свою поверхностную энергию; две капли воды, например, соединятся, образуя одну каплю и уменьшив 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 сохраняется. Таким образом,создание этих наночастиц повысит эффективность получаемого 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%.[71]

Нанотехнологии также играют важную роль в быстро развивающейся области тканевой инженерии . При разработке каркасов исследователи пытаются имитировать наноразмерные особенности микросреды клетки , чтобы направить ее дифференцировку по подходящей линии. [72] Например, при создании каркасов для поддержки роста костей исследователи могут имитировать ямки резорбции остеокластов . [73]

Исследователи успешно использовали нанороботов на основе ДНК-оригами, способных выполнять логические функции, для достижения адресной доставки лекарств тараканам. Говорят, что вычислительная мощность этих наноботов может быть увеличена до Commodore 64 . [74]

Наноэлектроника

Основная статья: Наноэлектроника
См. Также: FinFET , Производство полупроводниковых устройств и Количество транзисторов.

Производство коммерческих наноэлектронных полупроводниковых устройств началось в 2010-х годах. В 2013 году СК Hynix началось коммерческое массовое производство в 16  нм процесса, [75] TSMC начал производство 16  нм FinFET процесса, [76] и Samsung Electronics начал производство 10  нм процесса. [77] TSMC начала производство 7-нм техпроцесса в 2017 году [78], а Samsung начала производство 5-нанометрового процесса в 2018 году. [79]В 2019 году Samsung объявила о планах по коммерческому производству 3-  нм процесса GAAFET к 2021 году [80].

Коммерческое производство наноэлектронной полупроводниковой памяти также началось в 2010-х годах. В 2013 году SK Hynix начала массовое производство флэш- памяти NAND 16  нм [75], а Samsung начала производство флэш-памяти NAND с многоуровневыми ячейками 10 нм (MLC). [77] В 2017 году TSMC начала производство памяти SRAM по 7-нм техпроцессу. [78] 

Подразумеваемое

Основная статья: Последствия нанотехнологий

Обеспокоенность вызывает то влияние, которое промышленное производство и использование наноматериалов окажет на здоровье человека и окружающую среду, как показывают исследования нанотоксикологии . По этим причинам некоторые группы выступают за то, чтобы нанотехнологии регулировались государством. Другие возражают, что чрезмерное регулирование может задушить научные исследования и разработку полезных инноваций. Исследовательские агентства общественного здравоохранения , такие как Национальный институт безопасности и гигиены труда , активно проводят исследования потенциальных последствий для здоровья, связанных с воздействием наночастиц. [81] [82]

Некоторые продукты из наночастиц могут иметь непредвиденные последствия . Исследователи обнаружили, что бактериостатические наночастицы серебра, используемые в носках для уменьшения запаха ног, выделяются при стирке. [83] Эти частицы затем смываются в потоки сточных вод и могут уничтожить бактерии, которые являются важными компонентами природных экосистем, ферм и процессов обработки отходов. [84]

Общественные обсуждения восприятия риска в США и Великобритании, проведенные Центром нанотехнологий в обществе, показали, что участники более положительно относятся к нанотехнологиям для энергетических приложений, чем для приложений здравоохранения, при этом приложения для здравоохранения поднимают моральные и этические дилеммы, такие как стоимость и доступность. [85]

Эксперты, в том числе директор проекта Центра Вудро Вильсона по новым нанотехнологиям Дэвид Рейески, засвидетельствовали [86], что успешная коммерциализация зависит от надлежащего надзора, стратегии исследования рисков и участия общественности. Беркли, Калифорния, в настоящее время является единственным городом в Соединенных Штатах, где регулируются нанотехнологии; [87] Кембридж, штат Массачусетс, в 2008 году рассматривал возможность принятия аналогичного закона [88], но в конечном итоге отклонил его. [89] В течение следующих нескольких десятилетий применения нанотехнологий, вероятно, будут включать компьютеры с гораздо большей производительностью, активные материалы различных типов и биомедицинские устройства клеточного масштаба. [10]

Проблемы здоровья и окружающей среды

Воспроизвести медиа
Видео о последствиях нанотехнологий для здоровья и безопасности
Основные статьи: Опасности для здоровья и безопасности наноматериалов и загрязнения от наноматериалов

Нановолокна используются в нескольких областях и в различных продуктах, от крыльев самолетов до теннисных ракеток. Вдыхание наночастиц и нановолокон, находящихся в воздухе, может привести к ряду заболеваний легких , например к фиброзу . [90] Исследователи обнаружили, что когда крысы вдыхали наночастицы, частицы оседали в головном мозге и легких, что приводило к значительному увеличению биомаркеров воспаления и стрессовой реакции [91], и что наночастицы вызывают старение кожи из-за окислительного стресса у лысых мышей. [92] [93]

Двухлетнее исследование, проведенное в Школе общественного здравоохранения Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, показало, что лабораторные мыши, потребляющие нанодиоксид титана, показали повреждение ДНК и хромосом в степени, «связанной со всеми главными убийцами человека, а именно раком, сердечными заболеваниями, неврологическими заболеваниями и старением». [94]

Крупное исследование, опубликованное недавно в Nature Nanotechnology, предполагает, что некоторые формы углеродных нанотрубок - пример «революции нанотехнологий» - могут быть такими же вредными, как асбест, при вдыхании 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 вызвать мезотелиому. Поэтому с такими материалами нужно обращаться очень осторожно». [95] В связи с отсутствием конкретных правил со стороны правительств Паул и Лайонс (2008) призвали исключить из пищевых продуктов искусственно созданные наночастицы. [96]В газетной статье сообщается, что у рабочих лакокрасочного завода развилось серьезное заболевание легких, и в их легких были обнаружены наночастицы. [97] [98] [99] [100]

Регулирование

Основная статья: Регулирование нанотехнологий

Призывы к более жесткому регулированию нанотехнологий прозвучали одновременно с растущими дебатами, касающимися рисков для здоровья и безопасности людей, связанных с нанотехнологиями. [101] Ведутся серьезные споры о том, кто отвечает за регулирование нанотехнологий. Некоторые регулирующие органы в настоящее время охватывают некоторые продукты и процессы нанотехнологий (в разной степени) - «привязывая» нанотехнологии к существующим нормам - в этих режимах есть явные пробелы. [102] Дэвис (2008) предложил нормативную дорожную карту, описывающую шаги по устранению этих недостатков. [103]

Заинтересованные стороны, обеспокоенные отсутствием нормативной базы для оценки и контроля рисков, связанных с высвобождением наночастиц и нанотрубок, провели параллели с губчатой ​​энцефалопатией крупного рогатого скота («коровье бешенство»), талидомидом , генетически модифицированными продуктами питания, [104] ядерной энергией, репродуктивной технологии, биотехнологии и асбестоз . Доктор Эндрю Мейнард, главный научный советник проекта Центра Вудро Вильсона по новым нанотехнологиям, заключает, что на исследования в области здоровья и безопасности человека не хватает финансирования, и в результате в настоящее время существует ограниченное понимание рисков для здоровья и безопасности человека, связанных с нанотехнологиями. . [105]В результате некоторые ученые призвали к более строгому применению принципа предосторожности с отсрочкой утверждения маркетинга, усиленной маркировкой и дополнительными требованиями к разработке данных по безопасности в отношении определенных форм нанотехнологий. [106] [107]

В отчете Королевского общества [18] определен риск высвобождения наночастиц или нанотрубок во время утилизации, уничтожения и переработки, а также рекомендовано, чтобы «производители продуктов, подпадающих под расширенные режимы ответственности производителя, такие как правила по окончании срока службы, публиковали процедуры, описывающие, как они 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 общественных обсуждений более позитивно относятся к нанотехнологиям для энергетики, чем к приложениям для здоровья, - предполагая, что любые общественные призывы к регулированию нанотехнологий могут отличаться в зависимости от технологического сектора. [85]

Смотрите также

Основная статья: Обзор нанотехнологий
  • Углеродная нанотрубка
  • Электростатическое отклонение (молекулярная физика / нанотехнология)
  • Энергетические приложения нанотехнологий
  • Этика нанотехнологий
  • Формирование наночастиц, вызванное ионной имплантацией
  • Золотая наночастица
  • Список новых технологий
  • Список нанотехнологических организаций
  • Список программ для моделирования наноструктур
  • Магнитные наноцепи
  • Материомика
  • Нанотермит
  • Программное обеспечение для молекулярного дизайна
  • Молекулярная механика
  • Нанобиотехнологии
  • Наноэлектромеханическое реле
  • Нанотехнология
  • Нанофлюидика
  • NanoHUB
  • Нанометрология
  • Наночастицы
  • Наноразмерные сети
  • Нанотехнологическое образование
  • Нанотехнологии в художественной литературе
  • Нанотехнологии в очистке воды
  • Нанооружие
  • Национальная нанотехнологическая инициатива
  • Самосборка наночастиц
  • Сверху вниз и снизу вверх
  • Трансляционные исследования
  • Влажные нанотехнологии

Рекомендации

  1. ^ Дрекслер, К. Эрик (1986). Двигатели созидания: грядущая эра нанотехнологий . Doubleday. ISBN 978-0-385-19973-5.
  2. ^ Дрекслер, К. Эрик (1992). Наносистемы: молекулярная техника, производство и вычисления . Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья. ISBN 978-0-471-57547-4.
  3. ^ Hubler, A. (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 стопок графеновых наноконденсаторов». Сложность . 18 (3): 24–27. Bibcode : 2013Cmplx..18c..24S . DOI : 10.1002 / cplx.21427 . S2CID 35742708 . 
  5. ^ Elishakoff, я., Д. Pentaras, К. Dujat, С. Версачи, Г. Muscolino, Дж Storch, С. Bucas, Н. Challamel, Т. Нацуки, ГГ Чжан, СМ Ван и Г. Ghyselinck, углеродные нанотрубки и нано-сенсоры: 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 нано-вакуумных зазоров от размера зазора». IEEE Transactions по диэлектрикам и электрической изоляции . 20 (4): 1467–1471. DOI : 10,1109 / TDEI.2013.6571470 . S2CID 709782 . 
  7. ^ Сайни, Раджив; Шайни, Сантош; Шарма, Суганда (2010). «Нанотехнологии: медицина будущего» . Журнал кожной и эстетической хирургии . 3 (1): 32–33. DOI : 10.4103 / 0974-2077.63301 . PMC 2890134 . PMID 20606992 .  
  8. ^ Белкин, А .; и другие. (2015). «Самособирающиеся шевелящиеся наноструктуры и принцип максимального производства энтропии» . Sci. Rep . 5 : 8323. Bibcode : 2015NatSR ... 5E8323B . DOI : 10.1038 / srep08323 . PMC 4321171 . PMID 25662746 .  
  9. ^ Buzea, C .; Пачеко, II; Робби, К. (2007). «Наноматериалы и наночастицы: источники и токсичность». Биоинтерфазы . 2 (4): MR17 – MR71. arXiv : 0801.3280 . DOI : 10.1116 / 1.2815690 . PMID 20419892 . S2CID 35457219 .  
  10. ^ a b Вольфрам, Стивен (2002). Новый вид науки . Wolfram Media, Inc. стр. 1193 . ISBN 978-1-57955-008-0.
  11. ^ Binnig, G .; Рорер, Х. (1986). «Сканирующая туннельная микроскопия». Журнал исследований и разработок IBM . 30 (4): 355–69.
  12. ^ "Пресс-релиз: Нобелевская премия по физике 1986 года" . Nobelprize.org. 15 октября 1986 года. Архивировано 5 июня 2011 года . Проверено 12 мая 2011 года .
  13. ^ Крото, HW; Хит, младший; О'Брайен, Южная Каролина; Curl, РФ; Смолли, RE (1985). «C 60 : Бакминстерфуллерен». Природа . 318 (6042): 162–163. Bibcode : 1985Natur.318..162K . DOI : 10.1038 / 318162a0 . S2CID 4314237 . 
  14. ^ Адамс, WW; Боуман, Р. Х. (2005). «РЕТРОСПЕКТИВА: Ричард Э. Смолли (1943-2005)» . Наука . 310 (5756): 1916. DOI : 10.1126 / science.1122120 . PMID 16373566 . 
  15. ^ Монтиу, Марк; Кузнецов, В (2006). "Кому следует отдать должное открытию углеродных нанотрубок?" (PDF) . Углерод . 44 (9): 1621–1623. DOI : 10.1016 / j.carbon.2006.03.019 .
  16. Перейти ↑ Pasa, André Avelino (2010). «Глава 13: Металлический транзистор на основе нанослоя» . Справочник по нанофизике: наноэлектроника и нанофотоника . CRC Press . С. 13–1, 13–4. ISBN 9781420075519.
  17. ↑ Tsu ‐ Jae King, Лю (11 июня 2012 г.). «FinFET: история, основы и будущее» . Калифорнийский университет в Беркли . Краткий курс симпозиума по технологии СБИС . Дата обращения 9 июля 2019 .
  18. ^ a b «Нанонаука и нанотехнологии: возможности и неопределенности» . Королевское общество и Королевская инженерная академия. Июль 2004. Архивировано из оригинала 26 мая 2011 года . Проверено 13 мая 2011 года .
  19. ^ «Нанотехнологии: Дрекслер и Смолли выступают за и против« молекулярных ассемблеров » » . Новости химии и техники . 81 (48): 37–42. 1 декабря 2003 г. doi : 10.1021 / cen-v081n036.p037 . Дата обращения 9 мая 2010 .
  20. ^ a b «Информационный центр по нанотехнологиям: свойства, приложения, исследования и рекомендации по безопасности» . Американские элементы . Архивировано 26 декабря 2014 года . Проверено 13 мая 2011 года .
  21. ^ a b «Анализ: это первый общедоступный онлайн-каталог потребительских товаров на основе нанотехнологий» . Проект «Новые нанотехнологии». 2008. Архивировано 5 мая 2011 года . Проверено 13 мая 2011 года .
  22. ^ "Дорожная карта технологий производительных наносистем" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала на 2013-09-08.
  23. ^ "Дорожная карта нанотехнологий проекта НАСА" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 22 января 2013 г.
  24. ^ "Still Room at the Bottom (нанометровый транзистор, разработанный Ян-кю Чой из Корейского передового института науки и технологий)" , Nanoparticle News , 1 апреля 2006 г., архив с оригинала 6 ноября 2012 г.
  25. ^ Ли, Hyunjin; и другие. (2006), "Sub-5nm All-Around Gate FinFET для Окончательной Scaling", Симпозиум по технологии СБИС, 2006 : 58-59, DOI : 10,1109 / VLSIT.2006.1705215 , ЛВП : 10203/698 , ISBN 978-1-4244-0005-8, S2CID  26482358
  26. ^ a b c d Доклад об интеллектуальной собственности в мире: прорывные инновации и экономический рост (PDF) . Всемирная организация интеллектуальной собственности . 2015. С. 112–4 . Дата обращения 9 июля 2019 .
  27. ^ Allhoff, Fritz; Лин, Патрик; Мур, Дэниел (2010). Что такое нанотехнология и почему это важно?: От науки к этике . Джон Уайли и сыновья. С. 3–5. ISBN 978-1-4051-7545-6.
  28. Перейти ↑ Prasad, SK (2008). Современные концепции нанотехнологий . Издательство Discovery. С. 31–32. ISBN 978-81-8356-296-6.
  29. ^ a b Кан, Дженнифер (2006). «Нанотехнологии». National Geographic . 2006 (июнь): 98–119.
  30. ^ а б Краль, Славко; Маковец, Дарко (27 октября 2015 г.). «Магнитная сборка суперпарамагнитных кластеров наночастиц оксида железа в наноцепи и наноразучки». ACS Nano . 9 (10): 9700–9707. DOI : 10.1021 / acsnano.5b02328 . PMID 26394039 . 
  31. ^ Роджерс, П. (2006). «Наноэлектроника: единый файл». Природа Нанотехнологии . DOI : 10.1038 / nnano.2006.5 .
  32. ^ Любик N; Беттс, Келлин (2008). «Серебряные носки имеют мутную подкладку». Environ Sci Technol . 42 (11): 3910. Bibcode : 2008EnST ... 42.3910L . DOI : 10.1021 / es0871199 . PMID 18589943 . 
  33. ^ Феникс, Крис (март 2005 г.) Нанотехнологии: развитие молекулярного производства. Архивировано 1 сентября 2005 г.в Wayback Machine . crnano.org
  34. ^ "Некоторые документы К. Эрика Дрекслера" . imm.org . Архивировано 11 апреля 2006 года.
  35. ↑ Карло Монтеманьо, доктор философии. Архивировано 2011-09-17 в Wayback Machine Калифорнии наносистем Института
  36. ^ "История на обложке - Нанотехнологии" . Новости химии и техники . 81 (48): 37–42. 1 декабря 2003 г.
  37. ^ Риган, Британская Колумбия; Алони, S; Дженсен, К; Ричи, штат Вашингтон; Зеттл, А (2005). "Наномотор с приводом от нанокристаллов" (PDF) . Нано-буквы . 5 (9): 1730–3. Bibcode : 2005NanoL ... 5.1730R . DOI : 10.1021 / nl0510659 . ОСТИ 1017464 . PMID 16159214 . Архивировано из оригинального (PDF) 10 мая 2006 года.   
  38. ^ Риган, Британская Колумбия; Aloni, S .; Jensen, K .; Зеттл, А. (2005). "Осциллятор наноэлектромеханической релаксации, управляемый поверхностным натяжением" (PDF) . Письма по прикладной физике . 86 (12): 123119. Bibcode : 2005ApPhL..86l3119R . DOI : 10.1063 / 1.1887827 . Архивировано (PDF) из оригинала 26 мая 2006 года.
  39. ^ Гудман, RP; Шаап, IAT; Тардин, CF; Эрбен, СМ; Берри, РМ; Шмидт, CF; Турберфилд, Эй Джей (9 декабря 2005 г.). «Быстрая хиральная сборка жестких строительных блоков ДНК для молекулярного нанопроизводства». Наука . 310 (5754): 1661–1665. Bibcode : 2005Sci ... 310.1661G . DOI : 10.1126 / science.1120367 . PMID 16339440 . S2CID 13678773 .  
  40. ^ "Беспроводные нанокристаллы эффективно излучают видимый свет" . Архивировано 14 ноября 2012 года . Дата обращения 5 августа 2015 .
  41. ^ Нараян, RJ; Кумта, ПН; Sfeir, Ch .; Ли, DH; Choi, D .; Олтон, Д. (2004). «Наноструктурированная керамика в медицинских изделиях: применение и перспективы». JOM . 56 (10): 38–43. Bibcode : 2004JOM .... 56j..38N . DOI : 10.1007 / s11837-004-0289-х . S2CID 137324362 . 
  42. ^ Чо, Хонгсик; Пинхассик, Евгений; Давид, Валентин; Стюарт, Джон; Поспешный, Карен (31 мая 2015 г.). «Обнаружение раннего повреждения хряща с использованием целевых наносом на мышиной модели посттравматического остеоартрита». Наномедицина: нанотехнологии, биология и медицина . 11 (4): 939–946. DOI : 10.1016 / j.nano.2015.01.011 . PMID 25680539 . 
  43. ^ Kerativitayanan, Punyavee; Кэрроу, Джеймс К .; Гахарвар, Ахилеш К. (май 2015 г.). «Наноматериалы для инженерных ответов стволовых клеток». Передовые медицинские материалы . 4 (11): 1600–27. DOI : 10.1002 / adhm.201500272 . PMID 26010739 . 
  44. ^ Гахарвар, AK; Sant, S .; Хэнкок, MJ; Hacking, SA, ред. (2013). Наноматериалы в тканевой инженерии: изготовление и применение . Оксфорд: издательство Woodhead Publishing. ISBN 978-0-85709-596-1.
  45. ^ Гахарвар, AK; Peppas, NA; Хадемхоссейни, А. (март 2014 г.). «Нанокомпозитные гидрогели для биомедицинского применения» . Биотехнология и биоинженерия . 111 (3): 441–53. DOI : 10.1002 / bit.25160 . PMC 3924876 . PMID 24264728 .  
  46. ^ Eslamian л, Borzabadi-Farahani А, Каряя S, S Саадат, Бадие MR (июль 2020). «Оценка прочности сцепления при сдвиге и антибактериальной активности ортодонтического клея, содержащего наночастицы серебра, исследование in vitro» . Наноматериалы (Базель) . 10 (8): 1466. DOI : 10,3390 / nano10081466 . PMC 7466539 . PMID 32727028 .  
  47. ^ Левинс, Кристофер G .; Шафмайстер, Кристиан Э. (2006). «Синтез криволинейных и линейных структур из минимального набора мономеров» . ХимИнформ . 37 (5). DOI : 10.1002 / chin.200605222 .
  48. ^ «Приложения / Продукты» . Национальная нанотехнологическая инициатива. Архивировано из оригинала на 2010-11-20 . Проверено 19 октября 2007 .
  49. ^ "Нобелевская премия по физике 2007" . Nobelprize.org. Архивировано 05 августа 2011 года . Проверено 19 октября 2007 .
  50. ^ Das S, Вентили AJ, Абду HA, Rose GS, Picconatto CA, Элленбоген JC (2007). «Конструкции для сверхминиатюрных специализированных наноэлектронных схем». IEEE Transactions на цепи и системы I . 54 (11): 2528–2540. DOI : 10.1109 / TCSI.2007.907864 . S2CID 13575385 . 
  51. ^ Машаги, S .; Jadidi, T .; Koenderink, G .; Машаги, А. (2013). «Липидная нанотехнология» . Int. J. Mol. Sci . 2013 (14): 4242–4282. DOI : 10.3390 / ijms14024242 . PMC 3588097 . PMID 23429269 .  
  52. ↑ Хоган, С. Майкл (2010) «Вирус». Архивировано 16 октября 2011 г.на Wayback Machine в Энциклопедии Земли . Национальный совет по науке и окружающей среде. ред. С. Драгган и К. Кливленд
  53. ^ Кубик Т, Богуния-Кубик К, Sugisaka М (2005). «Дежурные нанотехнологии в медицине». Curr Pharm Biotechnol . 6 (1): 17–33. DOI : 10.2174 / 1389201053167248 . PMID 15727553 . 
  54. ^ Лири, SP; Лю, CY; Апуццо, ML (2006). «К появлению нанонейрохирургии: Часть III-Наномедицина: нацеленная нанотерапия, нанохирургия и прогресс в реализации нанонейрохирургии». Нейрохирургия . 58 (6): 1009–1026. DOI : 10,1227 / 01.NEU.0000217016.79256.16 . PMID 16723880 . S2CID 33235348 .  
  55. ^ Кавальканти, А .; Ширинзаде, Б .; Freitas, R .; Кретли, Л. (2007). «Архитектура медицинских нанороботов на основе нанобиоэлектроники». Последние патенты по нанотехнологиям . 1 (1): 1–10. DOI : 10.2174 / 187221007779814745 . PMID 19076015 . S2CID 9807497 .  
  56. ^ Boukallel М, М Готье, Дауг М, Пиат Е, Абадьте J (2007). «Умные микророботы для механической характеристики клеток и их сопровождения» (PDF) . IEEE Trans. Биомед. Англ . 54 (8): 1536–40. DOI : 10.1109 / TBME.2007.891171 . PMID 17694877 . S2CID 1119820 .   
  57. ^ "Международная перспектива государственного финансирования нанотехнологий в 2005 году" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 31 января 2012 года.
  58. ^ а б Лапшин Р.В. (2004). «Методология ориентированного на признаки сканирования для зондовой микроскопии и нанотехнологий» (PDF) . Нанотехнологии . 15 (9): 1135–1151. Bibcode : 2004Nanot..15.1135L . DOI : 10.1088 / 0957-4484 / 15/9/006 . Архивировано 9 сентября 2013 года.
  59. ^ а б Лапшин Р.В. (2011). «Функциональная сканирующая зондовая микроскопия». В HS Nalwa (ред.). Энциклопедия нанонауки и нанотехнологий (PDF) . 14 . США: Американские научные издательства. С. 105–115. ISBN  978-1-58883-163-7. Архивировано 9 сентября 2013 года.
  60. ^ Кафшгари, MH; Voelcker, NH; Хардинг, Ф.Дж. (2015). «Применение наноструктур нуль-валентного кремния в биомедицине». Наномедицина (Лондон) . 10 (16): 2553–71. DOI : 10.2217 / nnm.15.91 . PMID 26295171 . 
  61. ^ Раджан, Решми; Хосе, Шома; Мукунд, В.П. Биджу; Васудеван, Дипа Т. (01.01.2011). «Трансферосомы - везикулярная трансдермальная система доставки для улучшения проникновения лекарственного средства» . Журнал передовых фармацевтических технологий и исследований . 2 (3): 138–143. DOI : 10.4103 / 2231-4040.85524 . PMC 3217704 . PMID 22171309 .  
  62. ^ Apply nanotech to up industrial, agri output. Архивировано 26 апреля 2012 г.в Wayback Machine , The Daily Star (Бангладеш) , 17 апреля 2012 г.
  63. ^ Куртоглу ME; Longenbach T .; Реддингтон П .; Гогоци Ю. (2011). «Влияние температуры прокаливания и окружающей среды на фотокаталитические и механические свойства ультратонких пленок золь-гелевого диоксида титана». Журнал Американского керамического общества . 94 (4): 1101–1108. DOI : 10.1111 / j.1551-2916.2010.04218.x .
  64. ^ "Потребительские продукты нанотехнологии" . nnin.org . 2010. Архивировано 19 января 2012 года . Проверено 23 ноября 2011 года .
  65. ↑ Нано в вычислениях и электронике. Архивировано 14 ноября 2011 г.в Wayback Machine на NanoandMe.org.
  66. ^ Mayer, B .; Janker, L .; Loitsch, B .; Treu, J .; Костенбадер, Т .; Lichtmannecker, S .; Reichert, T .; Morkötter, S .; Канибер, М .; Abstreiter, G .; Gies, C .; Koblmüller, G .; Финли, Джей Джей (2015). «Монолитно интегрированные нанопроволочные лазеры с высоким коэффициентом β на кремнии». Нано-буквы . 16 (1): 152–156. Bibcode : 2016NanoL..16..152M . DOI : 10.1021 / acs.nanolett.5b03404 . PMID 26618638 . 
  67. ^ Нано в медицине. Архивировано 14 ноября 2011 г.в Wayback Machine на NanoandMe.org.
  68. ^ Nano в транспорте архивной 2011-10-29 в Wayback Machine в NanoandMe.org
  69. ^ Каталитический конвертер на Wikipedia.org
  70. ↑ Как работают каталитические преобразователи. Архивировано 10 декабря 2014 г. в Wayback Machine на сайте howstuffworks.com.
  71. ↑ Нанотехнологии для обеспечения более чистых дизельных двигателей. Архивировано 14 декабря 2014 г. на Wayback Machine . RDmag.com. Сентябрь 2014 г.
  72. ^ Кэссиди, Джон В. (2014). «Нанотехнологии в регенерации сложных тканей» . Понимание регенерации костей и тканей . 5 : 25–35. DOI : 10.4137 / BTRI.S12331 . PMC 4471123 . PMID 26097381 .  
  73. ^ Кэссиди, JW; Робертс, Дж. Н.; Смит, Калифорния; Робертсон, М .; Белый, К .; Биггс, MJ; Ореффо, Китай; Далби, MJ (2014). «Ограничение остеогенного происхождения остеопрогениторами, культивируемыми на нанометровых рифленых поверхностях: роль созревания фокальной адгезии» . Acta Biomaterialia . 10 (2): 651–660. DOI : 10.1016 / j.actbio.2013.11.008 . PMC 3907683 . PMID 24252447 . Архивировано 30 августа 2017 года.  
  74. ^ Amir, Y .; Ben-Ishay, E .; Левнер, Д .; Ittah, S .; Abu-Horowitz, A .; Бачелет, И. (2014). «Универсальные вычисления с помощью ДНК-оригами роботов в живом животном» . Природа Нанотехнологии . 9 (5): 353–357. Bibcode : 2014NatNa ... 9..353A . DOI : 10.1038 / nnano.2014.58 . PMC 4012984 . PMID 24705510 .  
  75. ^ а б «История: 2010-е» . SK Hynix . Дата обращения 8 июля 2019 .
  76. ^ «Технология 16/12 нм» . TSMC . Проверено 30 июня 2019 .
  77. ^ a b «Samsung массового производства 128 ГБ 3-битной флэш-памяти MLC NAND» . Оборудование Тома . 11 апреля 2013 . Проверено 21 июня 2019 .
  78. ^ a b «Технология 7 нм» . TSMC . Проверено 30 июня 2019 .
  79. ↑ Шилов, Антон. «Samsung завершает разработку 5-нм технологического процесса EUV» . www.anandtech.com . Проверено 31 мая 2019 .
  80. ^ Армаш, Лукиан (11 января 2019), "Samsung планирует массовое производство 3nm GAAFET Chips в 2021 году" , www.tomshardware.com
  81. ^ "CDC - Нанотехнологии - Тема безопасности и здоровья на рабочем месте NIOSH" . Национальный институт охраны труда и здоровья. 15 июня 2012 года. Архивировано 4 сентября 2015 года . Проверено 24 августа 2012 .
  82. ^ «CDC - Публикации и продукты NIOSH - Заполнение пробелов в знаниях для безопасной нанотехнологии на рабочем месте» . Национальный институт охраны труда и здоровья. 7 ноября 2012 г. doi : 10.26616 / NIOSHPUB2013101 . Архивировано 11 ноября 2012 года . Проверено 8 ноября 2012 . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  83. ^ Любик, N; Беттс, Келлин (2008). «Серебряные носки имеют мутную подкладку». Наука об окружающей среде и технологии . 42 (11): 3910. Bibcode : 2008EnST ... 42.3910L . DOI : 10.1021 / es0871199 . PMID 18589943 . 
  84. ^ Мюррей RGE (1993) Достижения в бактериальных паракристаллических поверхностных слоях . Т.Дж. Беверидж, С.Ф. Коваль (ред.). Пленум Пресс. ISBN 978-0-306-44582-8 . С. 3–9. 
  85. ^ 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.
  86. ^ Свидетельство Дэвид Rejeski для Комитета Сената США по торговле, науке и транспорт Архивированных 2008-04-08 в Wayback Machine проекте по новым нанотехнологиям. Проверено 7 марта 2008.
  87. ^ Delvecchio, Рик (24 ноября 2006) Беркли рассматривает потребность в нано безопасности архивной 2008-04-09 в Wayback Machine . sfgate.com
  88. ↑ Брей, Гайавата (26 января 2007 г.) Кембридж рассматривает нанотехнологические бордюры - Город может имитировать устав Беркли. Архивировано 11 мая 2008 г.в Wayback Machine . boston.com
  89. ^ Рекомендации для муниципальной политики в области здравоохранения и безопасности для наноматериалов: отчет для городского менеджера Кембриджа, заархивированный 14 июля 2011 г. на Wayback Machine . nanolawreport.com. Июль 2008 г.
  90. ^ Бирн, JD; Боуг, JA (2008). «Значение наночастиц в индуцированном частицами фиброзе легких» . Медицинский журнал Макгилла: MJM: Международный форум по продвижению медицинских наук студентами . 11 (1): 43–50. PMC 2322933 . PMID 18523535 .  
  91. Перейти ↑ Elder, A. (2006). Крошечные вдыхаемые частицы легко проходят путь от носа к мозгу. urmc.rochester.edu. Архивировано 21 сентября 2006 г. в Wayback Machine.
  92. ^ Ву, J; Лю, Вт; Сюэ, С; Чжоу, S; Lan, F; Bi, L; Сюй, Н; Ян, Х; Цзэн, Ф. Д. (2009). «Токсичность и проникновение наночастиц TiO2 в лысых мышей и свиную кожу после субхронического воздействия на кожу». Письма токсикологии . 191 (1): 1–8. DOI : 10.1016 / j.toxlet.2009.05.020 . PMID 19501137 . 
  93. ^ Jonaitis, TS; Карта, JW; Магнусон, Б. (2010). «Обеспокоенность по поводу проникновения через кожу наноразмерного диоксида титана и исследования токсичности». Письма токсикологии . 192 (2): 268–9. DOI : 10.1016 / j.toxlet.2009.10.007 . PMID 19836437 . 
  94. ↑ Шнайдер, Эндрю (24 марта 2010 г.) «На фоне блестящего обещания нанотехнологий, риски для здоровья растут». Архивировано 26 марта 2010 г.в Wayback Machine . Новости AOL
  95. Перейти ↑ Weiss, R. (2008). Влияние нанотрубок может привести к раку, говорится в исследовании. Архивировано 29 июня 2011 года на Wayback Machine.
  96. ^ Полл, J. & Lyons, К. (2008). «Нанотехнологии: следующий вызов для органики» (PDF) . Журнал органических систем . 3 : 3–22. Архивировано (PDF) из оригинала 18.07.2011.
  97. ↑ Смит, Ребекка (19 августа 2009 г.). «Исследования показывают, что наночастицы, используемые в краске, могут убить» . Телеграф . Лондон. Архивировано 15 марта 2010 года . Проверено 19 мая 2010 года .
  98. ^ Нанофибры «могут представлять опасность для здоровья». Архивировано 25 августа 2012 г. в Wayback Machine . BBC. 2012-08-24
  99. ^ Шинвальд, А .; Мерфи, ФА; Прина-Мелло, А .; Польша, Калифорния; Byrne, F .; Movia, D .; Glass, JR; Дикерсон, JC; Шульц, Д.А.; Джеффри, CE; MacNee, W .; Дональдсон, К. (2012). «Пороговая длина для вызванного волокном острого воспаления плевры: проливая свет на ранние события в индуцированной асбестом мезотелиоме» . Токсикологические науки . 128 (2): 461–470. DOI : 10.1093 / toxsci / kfs171 . PMID 22584686 . 
  100. ^ Является ли хроническое воспаление ключом к разгадке тайн рака? Архивировано 4 ноября 2012 г. в Wayback Machine Scientific American. 2008-11-09
  101. ^ Кевин Роллинз (Nems Mems Works, LLC). «Регулирование нанобиотехнологий: предложение о саморегулировании с ограниченным надзором» . Том 6 - Выпуск 2 . Архивировано 14 июля 2011 года . Проверено 2 сентября 2010 года .
  102. Перейти ↑ Bowman D, Hodge G (2006). «Нанотехнологии: картирование необъятных границ регулирования». Фьючерсы . 38 (9): 1060–1073. DOI : 10.1016 / j.futures.2006.02.017 .
  103. ^ Дэвис, JC (2008). Надзор за нанотехнологиями: повестка дня для следующей администрации. Архивировано 20 ноября 2008 г. в Wayback Machine .
  104. ^ Роу, Г. (2005). «Трудности в оценке инициатив по вовлечению общественности: размышления об оценке британской генетической нации? Общественные дебаты о трансгенных культурах» . Общественное понимание науки (Представленная рукопись). 14 (4): 331–352. DOI : 10.1177 / 0963662505056611 . S2CID 144572555 . 
  105. ^ Мейнард, А. Свидетельство доктора Эндрю Мейнарда для комитета Палаты представителей США по науке и технологиям . (2008-4-16). Проверено 24 ноября 2008. Архивировано 29 мая 2008 года в Wayback Machine.
  106. ^ Faunce, T .; Мюррей, К .; Nasu, H .; Боуман, Д. (2008). «Безопасность солнцезащитного крема: 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 . 
  107. ^ Томас Faunce ; Кэтрин Мюррей; Хитоши Насу и Дайана Боуман (24 июля 2008 г.). «Безопасность солнцезащитного крема: принцип предосторожности, Австралийское управление терапевтическими товарами и наночастицы в солнцезащитных кремах» (PDF) . Компания Springer Science + Business Media BV . Проверено 18 июня 2009 года .

внешняя ссылка

  • Нанотехнологии в Curlie
  • Что такое нанотехнологии? (Обсуждение видео на Vega / BBC / OU).