Asmakizunen Historia - Nanoteknologia

Dagoeneko K.a. 600 inguruan. jendea nanotipo-egiturak ekoizten ari ziren, hau da, altzairuzko zementita kateak, Wootz izenekoak. Hori gertatu zen Indian, eta hori nanoteknologiaren historiaren hasieratzat har daiteke.

VI-XV k. Garai honetan beirateak margotzeko erabilitako koloratzaileek urre kloruroko nanopartikulak, beste metal batzuen kloruroak eta metal oxidoak erabiltzen dituzte.

IX-XVII mendeak Europako leku askotan, zeramika eta bestelako produktuei distira emateko "distira" eta beste substantzia batzuk ekoizten dira. Metalezko nanopartikulak zituzten, gehienetan zilarra edo kobrea.

XIII-Xviii w. Mende hauetan ekoitzitako "Damaskoko altzairuak", munduan famatuak diren arma zuriak egiten zirenak, karbono nanohodiak eta zementita nanozuntzak ditu.

1857 Michael Faraday-k errubi koloreko urre koloidala aurkitzen du, urre nanopartikulen ezaugarria.

1931 Max Knoll eta Ernst Ruskak mikroskopio elektroniko bat eraikitzen dute Berlinen, maila atomikoan nanopartikulen egitura ikusten duen lehen gailua. Elektroien energia zenbat eta handiagoa izan, orduan eta uhin-luzera txikiagoa eta mikroskopioaren bereizmena handiagoa izango da. Lagina hutsean dago eta gehienetan metalezko film batez estalita dago. Elektroi-sorta probatutako objektua zeharkatzen du eta detektagailuetan sartzen da. Neurtutako seinaleetan oinarrituta, gailu elektronikoek proba-laginaren irudia birsortzen dute.

1936 Erwin Müller-ek, Siemens Laborategietan lanean, eremu-igorpen-mikroskopioa asmatu zuen, igorpen-mikroskopio elektronikoaren formarik sinpleena. Mikroskopio honek eremu elektriko indartsua erabiltzen du eremu-igorpenerako eta irudietarako.

1950 Victor La Mer eta Robert Dinegar-ek material koloidalak monodispertsatuak lortzeko teknikaren oinarri teorikoak sortzen dituzte. Horri esker, eskala industrialean paper mota bereziak, margoak eta film meheak ekoizten ziren.

1956 Massachusettseko Teknologia Institutuko (MIT) Arthur von Hippel-ek "ingeniaritza molekularra" terminoa sortu zuen.

1959 Richard Feynmanek "Behealdean leku asko dago" hitzaldia ematen du. 24 liburukiko Encyclopædia Britannica bat pinhead batean egokitzeko zer beharko litzatekeen imajinatzen hasita, miniaturizazioaren kontzeptua eta nanometro mailan funtziona dezaketen teknologiak erabiltzeko aukera aurkeztu zituen. Oraingo honetan, bi sari ezarri zituen (Feynman Prizes deiturikoak) arlo honetako lorpenengatik - mila dolar bakoitza.

1960 Lehenengo saria Feynman etsita. Bere helburuak lortzeko aurrerapen teknologiko bat beharko zela suposatu zuen, baina garai hartan mikroelektronikaren potentziala gutxietsi zuen. Irabazlea 35 urteko William H. McLellan ingeniaria izan zen. 250 mikrogramoko motor bat sortu zuen, 1 mW-ko potentzia duena.

1968 Alfred Y. Cho eta John Arthur epitaxia metodoa garatzen dute. Gainazaleko geruza monoatomikoak eratzea ahalbidetzen du erdieroaleen teknologia erabiliz; kristal bakarreko geruza berriak haztea lehendik dagoen substratu kristalino batean, lehendik dagoen substratu kristalinoaren egitura bikoiztuz. Epitaxiaren aldaera bat konposatu molekularren epitaxia da, geruza atomiko bateko lodiera duten kristalezko geruza metatzea ahalbidetzen duena. Metodo hau puntu kuantikoen eta geruza mehe deritzonen ekoizpenean erabiltzen da.

1974 "Nanoteknologia" terminoaren sarrera. Tokioko Unibertsitateko Norio Taniguchi ikertzaileak erabili zuen lehenengoz kongresu zientifiko batean. Japoniako fisikaren definizioak gaur egun erabiltzen jarraitzen du eta honela dio: “Nanoteknologia oso zehaztasun handia eta oso tamaina txikiak lortzea ahalbidetzen duen teknologia erabiltzen duen produkzioa da, hau da. 1 nm-ko zehaztasuna.

Tanta kuantiko baten bistaratzea

80ko eta 90eko hamarkadetan Teknologia litografikoaren garapen azkarraren eta kristalen geruza ultrameheen ekoizpena. Lehenengoa, MOCVD(), konposatu organometaliko gaseosoen bidez materialen gainazalean geruzak metatzeko metodo bat da. Hau da metodo epitaxialetako bat, hortik bere izen alternatiboa - MOSFE (). Bigarren metodoak, MBEk, konposizio kimiko zehatza eta ezpurutasun-kontzentrazio-profilaren banaketa zehatza duten nanometro-geruza oso meheak metatzea ahalbidetzen du. Hau posible da geruzaren osagaiak substratuari habe molekular bereizien bidez hornitzen direlako.

1981 Gerd Binnig-ek eta Heinrich Rohrer-ek ekorketa-tunel-mikroskopioa sortzen dute. Elkarrekintza interatomikoen indarrak erabiliz, atomo bakar baten tamainaren ordenako bereizmenarekin gainazaleko irudi bat lortzeko aukera ematen du, laginaren gainazaletik gora edo azpitik pala pasatuz. 1989an, gailua atomo indibidualak manipulatzeko erabili zen. Binnig eta Rohrer-i 1986ko Fisikako Nobel Saria eman zieten.

1985 Bell Labs-eko Louis Brusek erdieroale koloidalak nanokristalak (puntu kuantikoak) aurkitzen ditu. Puntu baten tamainaren pareko uhin-luzera duen partikula bat sartzen denean hiru dimentsiotan mugatutako espazio-eremu txiki gisa definitzen dira.

C. Eric Drexlerren Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology liburuaren azala

1985 Robert Floyd Curl, Jr., Harold Walter Kroto eta Richard Erret Smalley-k fullerenoak aurkitzen dituzte, gorputz huts itxi bat osatzen duten karbono-atomo kopuru bikoitiz (28tik 1500 ingurura) osatutako molekulak. Fulerenoen propietate kimikoak hainbat alderditan hidrokarburo aromatikoen antzekoak dira. Fullerene C60 edo buckminsterfullerenea, beste fullereno batzuk bezala, karbono forma alotropiko bat da.

1986-1992 C. Eric Drexlerrek nanoteknologia ezagutarazten duten futurologiari buruzko bi liburu garrantzitsu argitaratzen ditu. Lehenengoa, 1986an kaleratua, Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology izena du. Aurreikusten du, besteak beste, etorkizuneko teknologiak atomo indibidualak modu kontrolatuan manipulatzeko gai izango direla. 1992an, Nanosystems: Molecular Hardware, Manufacturing, and the Computational Idea argitaratu zuen, eta, aldi berean, nanomakinak bere burua erreproduzitu zitezkeela iragartzen zuen.

1989 IBMko Donald M. Aiglerrek "IBM" hitza jartzen du -35 xenon atomoz egina- nikelezko gainazal batean.

1991 Tsukubako (Japonia) NECeko Sumio Iijima-k karbono-nanohodiak aurkitu ditu, egitura zilindriko hutsak. Orain arte, karbono-nanohodi ezagunenak, eta horien hormak grafenozko ijetzizkoak dira. Karbonorik gabeko nanohodiak eta DNA nanohodiak ere badaude. Karbonozko nanohodi meheenek nanometro bateko diametroa dute eta milioika aldiz luzeagoak izan daitezke. Trakzio-erresistentzia eta propietate elektriko bereziak dituzte, eta beroaren eroale bikainak dira. Propietate horiek material itxaropentsu bihurtzen dituzte nanoteknologia, elektronika, optika eta materialen zientzian aplikazioetarako.

1993 Ipar Carolinako Unibertsitateko Warren Robinett eta UCLAko R. Stanley Williams errealitate birtualeko sistema bat eraikitzen ari dira, erabiltzaileari atomoak ikusteko eta ukitzeko aukera ematen dion ekorketa-tunel-mikroskopio bati lotuta.

1998 Herbehereetako Delft Unibertsitate Teknologikoko Cees Dekker taldea karbono nanohodiak erabiltzen dituen transistore bat eraikitzen ari da. Gaur egun, zientzialariak karbono nanohodien propietate bereziak erabiltzen saiatzen ari dira elektrizitate gutxiago kontsumitzen duten elektronika hobea eta azkarragoa ekoizteko. Hori hainbat faktorek mugatu zuten, eta horietako batzuk pixkanaka gainditzen joan ziren, eta 2016an Wisconsin-Madison Unibertsitateko ikertzaileak siliziozko prototipo onenak baino parametro hobeak zituen karbono transistore bat sortzera eraman zituen. Michael Arnold eta Padma Gopalan-en ikerketek bere silizio lehiakidearen korrontearen bikoitza eraman dezakeen karbono-nanohodiko transistore bat garatu zuten.

2003 Samsung-ek zilarrezko ioi mikroskopikoen ekintzan oinarritutako teknologia aurreratu bat patentatzen du germenak, lizunak eta seiehun bakterio mota baino gehiago hiltzeko eta hedapena saihesteko. Zilarrezko partikulak enpresaren xurgagailuko iragazketa-sistema garrantzitsuenetan sartu dira -iragazki guztiak eta hauts-biltzailea edo poltsa-.

2004 Britainia Handiko Royal Society-k eta Royal Academy of Engineering-ek "Nanoscience and Nanotechnology: Opportunities and Uncertainties" txostena argitaratzen dute, nanoteknologiak osasunerako, ingurumenerako eta gizarterako izan ditzakeen arriskuak ikertzeko deia eginez, alderdi etiko eta juridikoak kontuan hartuta.

Nanomotor eredua fullereno gurpiletan

2006 James Tour-ek, Rice Unibertsitateko zientzialari talde batekin batera, "furgoneta" mikroskopiko bat eraikitzen du oligo (fenilenetinilenoa) molekulatik, zeinaren ardatzak aluminio atomoez eginak eta gurpilak C60 fulerenoez eginak. Nanoibilgailua gainazalean mugitzen zen, urre atomoz osatua, tenperatura igoeraren eraginez, fullerenoen "gurpilen" biraketaren ondorioz. 300 °C-ko tenperaturatik gora, hainbeste bizkortu zen ezen kimikariek ezin izan zuten jarraipena egin ...

2007 Technion nanoteknologoek judutar "Itun Zaharra" osoa 0,5 mm-ko eremuan sartzen dute.² urrez estalitako siliziozko oblea. Testua galio ioien jario fokatu bat plakara zuzenduz grabatu zen.

2009-2010 Nadrian Seaman-ek eta New Yorkeko Unibertsitateko lankideek DNA-itxurako nano-multzo sorta bat sortzen ari dira, eta bertan DNA-egitura sintetikoak programatu daitezke nahi diren forma eta propietateak dituzten beste egitura batzuk "ekoizteko".

2013 IBMko zientzialariak animaziozko film bat sortzen ari dira, 100 milioi aldiz handitu ondoren soilik ikusi ahal izango dena. "Mutikoa eta bere atomoa" deitzen da eta metro baten bilioiren baten tamainako puntu diatomikoekin marraztuta dago, karbono monoxidoaren molekula bakarrekoak direnak. Marrazki bizidunak lehenengo pilota batekin jolasten eta gero ohe elastiko batean salto egiten duen mutil bat irudikatzen du. Molekulen batek bola baten papera ere betetzen du. Ekintza guztiak kobrezko gainazal batean gertatzen dira, eta filmaren fotograma bakoitzaren tamainak ez ditu hainbat hamarnaka nanometro gainditzen.

2014 Zuricheko ETH Unibertsitate Teknologikoko zientzialariek nanometro bat baino lodiera gutxiagoko mintz porotsu bat sortzea lortu dute. Manipulazio nanoteknologikoaren bidez lortutako materialaren lodiera 100 XNUMX da. giza ile batena baino aldiz txikiagoa. Egile-taldeko kideen arabera, lor daitekeen eta orokorrean posible den material porotsu meheena da hori. Bi dimentsioko grafeno egitura bateko bi geruzaz osatuta dago. Mintza iragazkorra da, baina partikula txikientzat bakarrik, partikula handiagoak motelduz edo erabat harrapatuz.

2015 Ponpa molekular bat sortzen ari dira, nanoeskalako gailu bat, molekula batetik bestera energia transferitzen duena, prozesu naturalak imitatuz. Diseinua Weinberg Northwestern College of Arts and Sciences-ko ikertzaileek diseinatu zuten. Mekanismoak proteinen prozesu biologikoak gogorarazten ditu. Espero da teknologia horiek batez ere bioteknologiaren eta medikuntzaren alorretan aplikazioa aurkitzea, adibidez, muskulu artifizialetan.

2016 Nature Nanotechnology aldizkari zientifikoko argitalpen baten arabera, Delft Holandako Unibertsitate Teknikoko ikertzaileek atomo bakarreko biltegiratze euskarri aitzindariak garatu dituzte. Metodo berriak gaur egun erabiltzen diren teknologiak baino bostehun aldiz biltegiratze-dentsitate handiagoa eman beharko luke. Egileek adierazten dute are emaitza hobeak lor daitezkeela partikulen kokapenaren hiru dimentsioko eredua erabiliz.

Nanoteknologien eta nanomaterialen sailkapena

1. Egitura nanoteknologikoak honako hauek dira:

• putzu kuantikoak, hariak eta puntuak, hau da. honako ezaugarri hau konbinatzen duten hainbat egitura - eremu jakin bateko partikulen muga espaziala oztopo potentzialen bidez;
• plastikoak, zeinen egitura banakako molekulen mailan kontrolatzen baita, eta horri esker, adibidez, aurrekaririk gabeko propietate mekanikoak dituzten materialak lor daitezke;
• zuntz artifizialak - egitura molekular oso zehatza duten materialak, ezohiko propietate mekanikoengatik ere bereizten direnak;
• nanohodiak, zilindro hutsen formako egitura supramolekularrak. Orain arte, karbono nanohodi ezagunenak, zeinen hormak grafeno tolestuz (grafito geruza monoatomikoak) eginda daude. Karbonokoak ez diren nanohodiak ere badaude (adibidez, wolframio sulfurokoak) eta DNAkoak;
• hauts moduan birrindutako materialak, horien aleak, adibidez, atomo metalikoen metaketak dira. Zilarrezko () propietate antibacterial sendoak oso erabilia da forma honetan;
• nanohariak (adibidez, zilarra edo kobrea);
• litografia elektronikoa eta nanolitografia beste metodo batzuk erabiliz eratutako elementuak;
• fullerenoak;
• grafenoa eta bi dimentsioko beste material batzuk (borofenoa, grafenoa, boro nitruro hexagonala, silizenoa, germanenoa, molibdeno sulfuroa);
• nanopartikulaz indartutako material konposatuak.

Azalera nanolitografia

2. Nanoteknologien sailkapena zientzien sistematikan, Ekonomia Lankidetza eta Garapenerako Erakundeak (ELGA) 2004an garatua:

• nanomaterialak (ekoizpena eta propietateak);
• nanoprozesuak (nanoeskalako aplikazioak - biomaterialak bioteknologia industrialari dagozkio).

3. Nanomaterialak maila molekularrean egitura erregularrak dauden material guztiak dira, hau da. 100 nanometro baino gehiago ez izatea.

Muga horrek domeinuen tamainari erreferentzia egin diezaioke mikroegituraren oinarrizko unitate gisa, edo substratuan lortutako edo metatutako geruzen lodierari. Praktikan, nanomaterialei egozten zaien muga desberdina da errendimendu propietate desberdinak dituzten materialen kasuan; batez ere, gainditzen direnean propietate zehatzen agerpenarekin lotzen da. Materialen egitura ordenatuen tamaina murriztuz, haien propietate fisiko-kimikoak, mekanikoak eta bestelakoak nabarmen hobetu daitezke.

Nanomaterialak lau talde hauetan bana daitezke:

• zero-dimentsioa (puntu nanomaterialak) - adibidez, puntu kuantikoak, zilarrezko nanopartikulak;
• dimentsio bakarrekoa – adibidez, metalezko edo erdieroaleen nanoharriak, nanohatzak, nanozuntz polimerikoak;
• bi dimentsiokoak – adibidez, fase bakarreko edo fase anitzeko motako nanometriko geruzak, grafenoa eta atomo bateko lodiera duten beste material batzuk;
• hiru dimentsiokoak (edo nanokristalinoa) - domeinu kristalinoz eta faseen metaketez osatuta dago, nanopartikulaz indartutako nanopartikulaz edo nanopartikulaz indartutako konpositeen tamaina duten.