Kasaysayan sa mga imbensyon - nanotechnology

Mga 600 BC na. Ang mga tawo naghimo og mga istruktura nga nanotype, i.e. cementite strands sa asero, gitawag nga Wootz. Kini nahitabo sa India, ug kini mahimong giisip nga sinugdanan sa kasaysayan sa nanotechnology.

VI-XV p. Ang mga tina nga gigamit niining panahona sa pagpintal sa mga bildo nga bildo nga mga bintana naggamit sa mga nanopartikel nga bulawan nga klorido, mga chlorides sa ubang mga metal, ingon man mga metal oxide.

IX-XVII nga mga siglo Sa daghang mga dapit sa Uropa, ang "mga glitters" ug uban pang mga substansiya gihimo aron paghatag kahayag sa mga seramiko ug uban pang mga produkto. Naglangkob kini og mga nanoparticle sa mga metal, kasagaran pilak o tumbaga.

XIII-xviii w. Ang "Damascus steel" nga gihimo niining mga siglo, diin gihimo ang bantog nga puti nga mga hinagiban sa kalibutan, adunay carbon nanotubes ug cementite nanofibers.

1857 Nadiskobrehan ni Michael Faraday ang kolor ruby nga colloidal nga bulawan, nga kinaiya sa mga nanopartikel nga bulawan.

1931 Si Max Knoll ug Ernst Ruska nagtukod ug electron microscope sa Berlin, ang unang device nga nakakita sa istruktura sa nanoparticle sa atomic level. Kon mas dako ang enerhiya sa mga electron, mas mubo ang wavelength niini ug mas dako ang resolusyon sa mikroskopyo. Ang sample anaa sa usa ka vacuum ug kasagaran gitabonan sa usa ka metal nga pelikula. Ang electron beam moagi sa nasulayan nga butang ug mosulod sa mga detector. Pinasukad sa gisukod nga mga signal, ang mga elektronik nga aparato naghimo pag-usab sa imahe sa sample sa pagsulay.

1936 Si Erwin Müller, nagtrabaho sa Siemens Laboratories, nag-imbento sa field emission microscope, ang pinakasimple nga porma sa emission electron microscope. Kini nga mikroskopyo naggamit ug lig-on nga electric field para sa field emission ug imaging.

1950 Si Victor La Mer ug Robert Dinegar nagmugna sa teoretikal nga pundasyon alang sa teknik sa pagkuha sa monodisperse colloidal nga mga materyales. Gitugotan niini ang paghimo sa mga espesyal nga tipo sa papel, pintura ug manipis nga mga pelikula sa usa ka sukod sa industriya.

1956 Si Arthur von Hippel sa Massachusetts Institute of Technology (MIT) nagmugna sa termino nga "molecular engineering".

1959 Richard Feynman lectures sa "Adunay daghang lawak sa ubos." Nagsugod pinaagi sa paghanduraw kung unsa ang kinahanglan aron mahaum ang usa ka 24-volume nga Encyclopædia Britannica sa usa ka pinhead, gipaila niya ang konsepto sa miniaturization ug ang posibilidad sa paggamit sa mga teknolohiya nga magamit sa lebel sa nanometer. Niini nga okasyon, nagtukod siya og duha ka awards (ang gitawag nga Feynman Prizes) alang sa mga kalampusan niini nga dapit - usa ka libo nga dolyar matag usa.

1960 Ang pagbayad sa unang premyo nakapahigawad kang Feynman. Nagtuo siya nga ang usa ka teknolohikal nga kauswagan gikinahanglan aron makab-ot ang iyang mga tumong, apan sa panahon nga iyang gipakaubos ang potensyal sa microelectronics. Ang nakadaog mao ang 35-anyos nga inhenyero nga si William H. McLellan. Naghimo siya usa ka motor nga nagtimbang sa 250 micrograms, nga adunay gahum nga 1 mW.

1968 Si Alfred Y. Cho ug John Arthur nagpalambo sa pamaagi sa epitaxy. Gitugotan niini ang pagporma sa mga monoatomic layer sa nawong gamit ang teknolohiya sa semiconductor - ang pagtubo sa bag-ong mga single-crystal layer sa usa ka naa na nga kristal nga substrate, nga nagdoble sa istruktura sa naglungtad nga substrate nga kristal nga substrate. Ang usa ka kalainan sa epitaxy mao ang epitaxy sa mga molekular nga compound, nga nagpaposible sa pagdeposito sa mga kristal nga layer nga adunay gibag-on nga usa ka atomic layer. Kini nga pamaagi gigamit sa paghimo sa mga quantum tuldok ug gitawag nga manipis nga mga sapaw.

1974 Pasiuna sa termino nga "nanotechnology". Una kini nga gigamit sa tigdukiduki sa University of Tokyo nga si Norio Taniguchi sa usa ka komperensya sa siyensya. Ang depinisyon sa Japanese physics nagpabilin nga gigamit hangtod karon ug ingon niini: "Ang nanotechnology usa ka produksiyon gamit ang teknolohiya nga nagtugot sa pagkab-ot sa taas kaayo nga katukma ug labi ka gamay nga gidak-on, i.e. katukma sa han-ay sa 1 nm.

Visualization sa usa ka quantum drop

80s ug 90s Ang panahon sa paspas nga pag-uswag sa lithographic nga teknolohiya ug ang paghimo sa ultrathin layer sa mga kristal. Ang una, MOCVD(), maoy usa ka paagi sa pagdeposito sa mga lut-od sa ibabaw sa mga materyales gamit ang mga gaseous organometallic compounds. Kini usa sa mga pamaagi sa epitaxial, busa ang alternatibong ngalan niini - MOSFE (). Ang ikaduha nga pamaagi, MBE, nagpaposible sa pagdeposito sa nipis kaayo nga mga layer sa nanometer nga adunay tukma nga gihubit nga kemikal nga komposisyon ug tukma nga pag-apod-apod sa profile sa konsentrasyon sa kahugawan. Posible kini tungod sa kamatuoran nga ang mga sangkap sa layer gihatag sa substrate pinaagi sa bulag nga mga sagbayan sa molekula.

1981 Sila Gerd Binnig ug Heinrich Rohrer naghimo sa scanning tunneling microscope. Pinaagi sa paggamit sa mga pwersa sa interatomic interaksyon, kini nagtugot kaninyo sa pagkuha sa usa ka larawan sa nawong uban sa usa ka resolusyon sa han-ay sa gidak-on sa usa ka atomo, pinaagi sa pagpasa sa blade sa ibabaw o sa ubos sa nawong sa sample. Sa 1989, ang himan gigamit sa pagmaniobra sa indibidwal nga mga atomo. Si Binnig ug Rohrer gihatagan ug 1986 Nobel Prize sa Physics.

1985 Louis Brus sa Bell Labs nakadiskubre sa colloidal semiconductor nanocrystals (quantum dots). Gihubit sila ingon usa ka gamay nga lugar sa wanang, limitado sa tulo ka dimensyon pinaagi sa potensyal nga mga babag, kung ang usa ka partikulo nga adunay wavelength nga ikatandi sa gidak-on sa usa ka tulbok mosulod.

Hapin sa librong Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology ni C. Eric Drexler

1985 Si Robert Floyd Curl, Jr., Harold Walter Kroto, ug Richard Erret Smalley nakadiskobre sa mga fullerenes, mga molekula nga gilangkoban sa parehas nga gidaghanon sa mga atomo sa carbon (gikan sa 28 ngadto sa mga 1500) nga nahimong sirado nga guwang nga lawas. Ang kemikal nga mga kabtangan sa fullerenes sa daghang bahin susama sa mga humot nga hydrocarbon. Ang Fullerene C60, o buckminsterfullerene, sama sa ubang fullerenes, usa ka allotropic nga porma sa carbon.

1986-1992 Si C. Eric Drexler nagpatik ug duha ka importanteng libro sa futurology nga nagpasikat sa nanotechnology. Ang una, gipagawas kaniadtong 1986, gitawag nga Mga Makina sa Paglalang: Ang Umaabot nga Panahon sa Nanotechnology. Gitagna niya, lakip sa ubang mga butang, nga ang umaabot nga mga teknolohiya makahimo sa pagmaniobra sa indibidwal nga mga atomo sa kontroladong paagi. Sa 1992, gipatik niya ang Nanosystems: Molecular Hardware, Manufacturing, ug ang Computational Idea, nga sa baylo nagtagna nga ang mga nanomachines mahimo’g magpadaghan sa ilang kaugalingon.

1989 Gibutang ni Donald M. Aigler sa IBM ang pulong nga "IBM" - gihimo gikan sa 35 xenon atoms - sa ibabaw sa nikel.

1991 Si Sumio Iijima sa NEC sa Tsukuba, Japan, nakadiskubre sa carbon nanotubes, hollow cylindrical structures. Hangtod karon, ang labing nailhan nga carbon nanotubes, ang mga dingding niini gihimo sa giligid nga graphene. Adunay usab mga non-carbon nanotubes ug DNA nanotubes. Ang pinakanipis nga carbon nanotubes anaa sa han-ay sa usa ka nanometer ang diyametro ug mahimong minilyon ka beses nga mas taas. Sila adunay talagsaon nga tensile strength ug talagsaon nga electrical properties, ug maayo kaayo nga mga konduktor sa kainit. Kini nga mga kabtangan naghimo kanila nga nagsaad nga mga materyales alang sa aplikasyon sa nanotechnology, electronics, optika, ug siyensya sa materyales.

1993 Si Warren Robinett sa University of North Carolina ug R. Stanley Williams sa UCLA nagtukod ug virtual reality system nga nalambigit sa scanning tunneling microscope nga nagtugot sa user sa pagtan-aw ug bisan sa paghikap sa mga atomo.

1998 Ang Cees Dekker team sa Delft University of Technology sa Netherlands nagtukod ug transistor nga naggamit ug carbon nanotubes. Sa pagkakaron, ang mga siyentista naningkamot sa paggamit sa talagsaon nga mga kabtangan sa carbon nanotubes aron makahimo og mas maayo ug mas paspas nga electronics nga mokonsumo og gamay nga kuryente. Gilimitahan kini sa daghang mga hinungdan, ang pipila niini anam-anam nga nabuntog, nga sa 2016 nanguna sa mga tigdukiduki sa Unibersidad sa Wisconsin-Madison nga maghimo usa ka carbon transistor nga adunay mas maayo nga mga parameter kaysa sa labing kaayo nga mga prototype sa silicon. Ang panukiduki ni Michael Arnold ug Padma Gopalan misangpot sa pag-uswag sa usa ka carbon nanotube transistor nga makadala ug doble sa kasamtangan sa silicon nga kakompetensya niini.

2003 Ang Samsung patente sa usa ka advanced nga teknolohiya base sa aksyon sa microscopic silver ions sa pagpatay sa mga kagaw, agup-op ug labaw pa kay sa unom ka gatus ka matang sa bakterya ug sa pagpugong sa ilang pagkaylap. Ang mga partikulo sa pilak gipaila sa labing hinungdanon nga sistema sa pagsala sa kompanya - tanan nga mga pagsala ug tigkolekta sa abug o bag.

2004 Ang British Royal Society ug ang Royal Academy of Engineering nagpatik sa taho nga "Nanoscience ug Nanotechnology: Mga Oportunidad ug Kawalay kasiguruhan", nga nanawagan alang sa panukiduki sa mga potensyal nga peligro sa nanotechnology alang sa kahimsog, kalikopan ug katilingban, nga gikonsiderar ang pamatasan ug ligal nga mga aspeto.

Nanomotor nga modelo sa fullerene nga mga ligid

2006 Si James Tour, kauban ang usa ka grupo sa mga siyentista gikan sa Rice University, nagtukod usa ka mikroskopiko nga "van" gikan sa usa ka molekula nga oligo (phenyleneethynylene), ang mga ehe niini gihimo sa mga atomo sa aluminyo, ug ang mga ligid gihimo sa C60 fullerenes. Ang nanovehicle mibalhin sa ibabaw, nga naglangkob sa bulawan nga mga atomo, ubos sa impluwensya sa pagtaas sa temperatura, tungod sa rotation sa fullerene "mga ligid". Labaw sa temperatura nga 300 ° C, kini paspas kaayo nga ang mga chemist dili na makasubay niini ...

2007 Ang mga nanotechnologist sa technion mohaum sa tibuok nga "Daang Tugon" sa mga Judio ngadto sa usa ka lugar nga 0,5 mm lang.² bulawan-plated nga silicon wafer. Ang teksto gikulit pinaagi sa pagdirekta sa usa ka naka-focus nga sapa sa gallium ions ngadto sa plato.

2009-2010 Si Nadrian Seaman ug mga kauban sa New York University nagmugna og usa ka serye sa DNA-like nanomounts diin ang sintetikong DNA nga mga istruktura mahimong maprograma aron "makahimo" sa ubang mga istruktura nga adunay gusto nga mga porma ug kabtangan.

2013 Ang mga siyentista sa IBM nagmugna ug usa ka animated nga salida nga matan-aw lamang human mapadako sa 100 ka milyon ka beses. Gitawag kini nga "The Boy and His Atom" ug gidrowing gamit ang diatomic nga mga tuldok nga usa ka bilyon sa usa ka metro ang gidak-on, nga usa ka molekula sa carbon monoxide. Ang cartoon naghulagway sa usa ka batang lalaki nga unang nagdula og bola ug dayon miambak sa trampolin. Ang usa sa mga molekula nagdula usab sa papel sa usa ka bola. Ang tanan nga aksyon mahitabo sa usa ka nawong nga tumbaga, ug ang gidak-on sa matag frame sa pelikula dili molapas sa pipila ka napulo ka nanometer.

2014 Ang mga siyentipiko gikan sa ETH University of Technology sa Zurich milampos sa pagmugna og porous membrane nga ubos sa usa ka nanometer ang gibag-on. Ang gibag-on sa materyal nga nakuha pinaagi sa nanotechnological manipulation mao ang 100 XNUMX. mga panahon nga mas gamay kaysa sa buhok sa tawo. Sumala sa mga miyembro sa grupo sa mga tagsulat, kini ang pinakanipis nga porous nga materyal nga makuha ug sa kasagaran posible. Kini naglangkob sa duha ka mga sapaw sa usa ka duha ka-dimensional graphene nga istruktura. Ang lamad kay permeable, apan sa gagmay nga mga partikulo lamang, nga nagpahinay o hingpit nga nagbitik sa dagkong mga partikulo.

2015 Usa ka molecular pump ang gihimo, usa ka nanoscale device nga nagbalhin sa enerhiya gikan sa usa ka molekula ngadto sa lain, nga nagsundog sa natural nga mga proseso. Ang layout gidisenyo sa mga tigdukiduki sa Weinberg Northwestern College of Arts and Sciences. Ang mekanismo susama sa biological nga mga proseso sa mga protina. Gilauman nga ang ingon nga mga teknolohiya makit-an ang aplikasyon labi na sa natad sa biotechnology ug medisina, pananglitan, sa mga artipisyal nga kaunuran.

2016 Sumala sa usa ka publikasyon sa siyentipikong journal Nature Nanotechnology, ang mga tigdukiduki sa Dutch Technical University Delft nakahimo og groundbreaking nga single-atom storage media. Ang bag-ong pamaagi kinahanglan maghatag labaw sa lima ka gatos ka pilo nga mas taas nga density sa pagtipig kaysa sa bisan unsang teknolohiya nga gigamit karon. Ang mga tigsulat nakamatikod nga bisan ang mas maayo nga mga resulta mahimong makab-ot gamit ang usa ka three-dimensional nga modelo sa lokasyon sa mga partikulo sa kawanangan.

Klasipikasyon sa nanotechnologies ug nanomaterials

Ang mga istruktura sa nanotechnological naglakip sa:

quantum wells, wires ug tuldok, i.e. lainlaing mga istruktura nga naghiusa sa mosunod nga bahin - ang spatial nga limitasyon sa mga partikulo sa usa ka lugar pinaagi sa potensyal nga mga babag;
mga plastik, ang istruktura nga kontrolado sa lebel sa indibidwal nga mga molekula, salamat nga posible, pananglitan, makakuha mga materyales nga adunay wala pa nakit-an nga mekanikal nga mga kabtangan;
artipisyal nga mga lanot - mga materyales nga adunay usa ka tukma nga istruktura sa molekula, gipalahi usab sa dili kasagaran nga mekanikal nga mga kabtangan;
nanotubes, supramolecular nga mga istruktura sa porma sa hollow cylinders. Sa pagkakaron, ang labing nailhan nga carbon nanotubes, ang mga bungbong niini gihimo sa gipilo nga graphene (monatomic graphite layers). Adunay usab mga non-carbon nanotubes (pananglitan, gikan sa tungsten sulfide) ug gikan sa DNA;
mga materyales nga nadugmok sa porma sa abug, ang mga lugas niini, pananglitan, mga panagtapok sa metal nga mga atomo. Ang pilak () nga adunay kusog nga antibacterial nga mga kabtangan kaylap nga gigamit sa kini nga porma;
nanowires (pananglitan, pilak o tumbaga);
mga elemento nga naporma gamit ang electron lithography ug uban pang mga pamaagi sa nanolithography;
fullerenes;
graphene ug uban pang duha ka dimensyon nga materyales (borophene, graphene, hexagonal boron nitride, silicene, germanene, molybdenum sulfide);
composite nga mga materyales nga gipalig-on sa nanoparticle.

Nanolithographic nga nawong

Ang klasipikasyon sa nanotechnologies sa sistematikong mga siyensiya, naugmad niadtong 2004 sa Organization for Economic Cooperation and Development (OECD):

nanomaterials (produksyon ug mga kabtangan);
nanoprocesses (nanoscale applications - biomaterials iya sa industrial biotechnology).

Ang mga nanomaterial mao ang tanan nga mga materyales diin adunay mga regular nga istruktura sa lebel sa molekula, i.e. dili molapas sa 100 nanometer.

Kini nga limitasyon mahimong magtumong sa gidak-on sa mga dominyo isip batakang yunit sa microstructure, o sa gibag-on sa mga lut-od nga nakuha o gideposito sa substrate. Sa praktis, ang limitasyon sa ubos nga gipahinungod sa nanomaterials lahi alang sa mga materyales nga adunay lainlaing mga kabtangan sa pasundayag - kini nag-una nga nalangkit sa dagway sa piho nga mga kabtangan kung nalapas. Pinaagi sa pagkunhod sa gidak-on sa gimando nga mga istruktura sa mga materyales, posible nga mapauswag ang ilang physicochemical, mekanikal, ug uban pang mga kabtangan.

Ang mga nanomaterial mahimong bahinon sa mosunod nga upat ka grupo:

zero-dimensional (dot nanomaterials) - pananglitan, quantum dots, silver nanoparticle;
usa ka dimensyon – pananglitan, metal o semiconductor nanowires, nanorods, polymeric nanofibers;
duha ka dimensyon – pananglitan, nanometer nga mga lut-od sa usa ka hugna o multi-phase nga tipo, graphene ug uban pang mga materyales nga adunay gibag-on nga usa ka atomo;
tulo ka dimensyon (o nanocrystalline) - naglangkob sa mga kristal nga dominyo ug mga akumulasyon sa mga hugna nga adunay mga gidak-on sa han-ay sa nanometer o mga composite nga gipalig-on sa mga nanoparticle.