İxtiraların tarixi - Nanotexnologiya

Artıq təxminən 600 BC. insanlar nanotip strukturlar, yəni Wootz adlı poladdan sementit lifləri istehsal edirdilər. Bu Hindistanda baş verib və bunu nanotexnologiya tarixinin başlanğıcı hesab etmək olar.

VI-XV s. Bu dövrdə vitrajların rənglənməsi üçün istifadə olunan boyalarda qızıl xlorid nanohissəcikləri, digər metalların xloridləri, həmçinin metal oksidləri istifadə olunur.

IX-XVII vv. Avropanın bir çox yerində keramika və digər məmulatlara parıltı vermək üçün “parıltı” və digər maddələr istehsal olunur. Onların tərkibində metalların, əksər hallarda gümüş və ya misin nanohissəcikləri var idi.

XIII-xviii w. Bu əsrlərdə istehsal olunan və dünyaca məşhur ağ silahların hazırlandığı “Şam poladı” karbon nanoborucuqları və sementit nanolifləri ehtiva edir.

1857 Michael Faraday qızıl nanohissəciklərə xas olan yaqut rəngli kolloid qızılı kəşf edir.

1931 Maks Knoll və Ernst Ruska Berlində nanohissəciklərin strukturunu atom səviyyəsində görən ilk cihaz olan elektron mikroskop qururlar. Elektronların enerjisi nə qədər çox olarsa, onların dalğa uzunluğu bir o qədər qısa olar və mikroskopun ayırdetmə qabiliyyəti bir o qədər böyük olar. Nümunə vakuumdadır və çox vaxt metal bir filmlə örtülmüşdür. Elektron şüası sınaq obyektindən keçir və detektorlara daxil olur. Ölçülmüş siqnallara əsasən elektron qurğular sınaq nümunəsinin şəklini yenidən yaradır.

1936 Siemens Laboratories-də işləyən Ervin Müller emissiya elektron mikroskopunun ən sadə forması olan sahə emissiya mikroskopunu icad edir. Bu mikroskop sahə emissiyası və görüntüləmə üçün güclü elektrik sahəsindən istifadə edir.

1950 Viktor La Mer və Robert Dineqar monodispers kolloid materialların alınması texnikasının nəzəri əsaslarını yaradırlar. Bu, sənaye miqyasında xüsusi növ kağız, boya və nazik plyonkaların istehsalına imkan verdi.

1956 Massaçusets Texnologiya İnstitutundan (MIT) Artur von Hippel "molekulyar mühəndislik" terminini işlətdi.

1959 Richard Feynman "Altında çox yer var" mövzusunda mühazirələr oxuyur. 24 cildlik Britannica Ensiklopediyasını sancaq başına sığdırmaq üçün nə lazım olduğunu təsəvvür etməklə başlayaraq, o, miniatürləşdirmə anlayışını və nanometr səviyyəsində işləyə bilən texnologiyalardan istifadə imkanını təqdim etdi. Bu münasibətlə o, bu sahədə nailiyyətlərə görə iki mükafat (Feynman Mükafatları adlanır) təsis etdi - hər biri min dollar.

1960 İlk mükafatın ödənilməsi Feynmanı məyus etdi. O, məqsədlərinə çatmaq üçün texnoloji sıçrayış tələb olunacağını güman edirdi, lakin o zaman mikroelektronikanın potensialını lazımınca qiymətləndirmirdi. Qalib 35 yaşlı mühəndis William H. McLellan olub. O, 250 mikroqram ağırlığında, 1 mVt gücündə mühərrik yaratdı.

1968 Alfred Y. Cho və Con Artur epitaksiya metodunu inkişaf etdirir. O, yarımkeçirici texnologiyadan istifadə edərək səthi monoatomik təbəqələrin formalaşmasına - mövcud kristal substratın strukturunu təkrarlayaraq, mövcud kristal substratda yeni tək kristal təbəqələrin böyüməsinə imkan verir. Epitaksiyanın dəyişməsi molekulyar birləşmələrin epitaksiyasıdır ki, bu da bir atom təbəqəsi qalınlığında kristal təbəqələri yerləşdirməyə imkan verir. Bu üsul kvant nöqtələrinin və sözdə nazik təbəqələrin istehsalında istifadə olunur.

1974 "Nanotexnologiya" termininin tətbiqi. İlk dəfə Tokio Universitetinin tədqiqatçısı Norio Taniguchi tərəfindən elmi konfransda istifadə edilmişdir. Yapon fizikasının tərifi bu günə qədər istifadə olunur və belə səslənir: “Nanotexnologiya çox yüksək dəqiqliyə və olduqca kiçik ölçülərə nail olmağa imkan verən texnologiyadan istifadə edən istehsaldır, yəni. 1 nm sifarişin dəqiqliyi.

Kvant düşməsinin vizuallaşdırılması

80-90-ci illər Litoqrafik texnologiyanın sürətli inkişafı və kristalların ultranazik təbəqələrinin istehsalı dövrü. Birincisi, MOCVD(), qaz halında olan orqanometalik birləşmələrdən istifadə edərək materialların səthində təbəqələrin çökdürülməsi üçün bir üsuldur. Bu epitaksial üsullardan biridir, buna görə də onun alternativ adı - MOSFE (). İkinci üsul, MBE, dəqiq müəyyən edilmiş kimyəvi tərkibə və çirklərin konsentrasiyası profilinin dəqiq paylanmasına malik çox nazik nanometr təbəqələri yerləşdirməyə imkan verir. Bu, təbəqə komponentlərinin ayrı-ayrı molekulyar şüalarla substrata verilməsi səbəbindən mümkündür.

1981 Gerd Binnig və Heinrich Rohrer skan edən tunel mikroskopunu yaradır. Atomlararası qarşılıqlı təsir qüvvələrindən istifadə edərək, bıçağı nümunənin səthinin üstündən və ya altından keçirərək, tək bir atomun ölçüsünün nizamlanması ilə səthin görüntüsünü əldə etməyə imkan verir. 1989-cu ildə cihaz ayrı-ayrı atomları manipulyasiya etmək üçün istifadə edilmişdir. Binnig və Rohrer 1986-cı ildə Fizika üzrə Nobel Mükafatına layiq görüldülər.

1985 Bell Laboratoriyasının əməkdaşı Louis Brus koloidal yarımkeçirici nanokristalları (kvant nöqtələri) kəşf edir. Onlar bir nöqtənin ölçüsü ilə müqayisə edilə bilən dalğa uzunluğuna malik hissəcik daxil olduqda, potensial maneələrlə üç ölçüdə məhdudlaşan kiçik bir fəza sahəsi kimi müəyyən edilir.

C. Eric Drexler tərəfindən yaradılan "Yaradılış mühərrikləri: Nanotexnologiyanın Gələcək Era" kitabının üz qabığı

1985 Robert Floyd Curl, Jr., Harold Walter Kroto və Richard Erret Smalley, fullerenləri, qapalı içi boş cisim əmələ gətirən cüt sayda karbon atomlarından (28-dən 1500-ə qədər) ibarət molekulları kəşf etdilər. Fullerenlərin kimyəvi xassələri bir çox cəhətdən aromatik karbohidrogenlərinkinə bənzəyir. Fulleren C60 və ya buckminsterfulleren, digər fullerenlər kimi, karbonun allotropik formasıdır.

1986-1992 C. Erik Drexler nanotexnologiyanı populyarlaşdıran futurologiyaya dair iki mühüm kitab nəşr etdirir. 1986-cı ildə buraxılan birincisi, “Yaradılış Mühərrikləri: Nanotexnologiyanın Gələn Eraəsi” adlanır. O, başqa şeylərlə yanaşı, gələcək texnologiyaların ayrı-ayrı atomları idarə olunan şəkildə manipulyasiya edə biləcəyini proqnozlaşdırır. 1992-ci ildə o, Nanosistemlər: Molekulyar Təchizat, İstehsalat və Hesablama İdeyasını nəşr etdi və bu da öz növbəsində nanomaşınların özlərini çoxalda biləcəyini proqnozlaşdırdı.

1989 IBM-dən Donald M. Aigler nikel səthinə 35 ksenon atomundan hazırlanmış "IBM" sözünü qoyur.

1991 Yaponiyanın Tsukuba şəhərindəki NEC-dən Sumio İijima karbon nanoborucuqlarını, içi boş silindrik strukturları kəşf edir. Bu günə qədər divarları yuvarlanmış qrafendən hazırlanmış ən yaxşı karbon nanoborucuqları məlumdur. Karbon olmayan nanoborular və DNT nanoborular da var. Ən nazik karbon nanoborucuqlarının diametri bir nanometrə yaxındır və milyonlarla dəfə uzun ola bilər. Onlar diqqətəlayiq dartılma gücünə və unikal elektrik xüsusiyyətlərinə malikdirlər və əla istilik keçiriciləridir. Bu xüsusiyyətlər onları nanotexnologiya, elektronika, optika və materialşünaslıqda tətbiqlər üçün perspektivli materiallara çevirir.

1993 Şimali Karolina Universitetindən Warren Robinett və UCLA-dan R. Stanley Williams istifadəçiyə atomları görməyə və hətta toxunmağa imkan verən skan edən tunel mikroskopu ilə əlaqəli virtual reallıq sistemi qurur.

1998 Hollandiyanın Delft Texnologiya Universitetinin Cees Dekker komandası karbon nanoborucuqlarından istifadə edən tranzistor qurur. Hazırda elm adamları daha az elektrik istehlak edən daha yaxşı və daha sürətli elektronika istehsal etmək üçün karbon nanoborucuqlarının unikal xüsusiyyətlərindən istifadə etməyə çalışırlar. Bu, 2016-cı ildə Viskonsin-Madison Universitetinin tədqiqatçılarını ən yaxşı silisium prototiplərindən daha yaxşı parametrlərə malik karbon tranzistoru yaratmağa vadar edən bir sıra amillərlə məhdudlaşdırıldı, bəziləri tədricən aradan qaldırıldı. Maykl Arnold və Padma Qopalan tərəfindən aparılan tədqiqatlar, silikon rəqibindən iki dəfə artıq cərəyan keçirə bilən karbon nanoboru tranzistorunun yaradılmasına gətirib çıxardı.

2003 Samsung mikrobları, kifləri və altı yüzdən çox bakteriya növünü öldürmək və onların yayılmasının qarşısını almaq üçün mikroskopik gümüş ionlarının fəaliyyətinə əsaslanan qabaqcıl texnologiyaya patent verir. Gümüş hissəciklər şirkətin tozsoranının ən vacib filtrasiya sistemlərinə - bütün filtrlərə və toz toplayıcıya və ya torbaya daxil edilmişdir.

2004 Britaniya Kral Cəmiyyəti və Kral Mühəndislik Akademiyası etik və hüquqi aspektləri nəzərə almaqla nanotexnologiyanın sağlamlıq, ətraf mühit və cəmiyyət üçün potensial risklərini araşdırmağa çağıran “Nanoelm və Nanotexnologiya: İmkanlar və Qeyri-müəyyənliklər” hesabatını dərc edir.

Fulleren təkərlərində nanomotor modeli

2006 Ceyms Tur, Rays Universitetinin alimlər qrupu ilə birlikdə oliqo (fenilenetinilen) molekulundan oxları alüminium atomlarından, təkərləri isə C60 fullerenlərdən hazırlanmış mikroskopik “furqon” qurur. Qızıl atomlarından ibarət nanoavtomobil fulleren “təkərlərinin” fırlanması hesabına temperatur artımının təsiri altında səth üzərində hərəkət edib. 300 ° C-dən yuxarı bir temperatur o qədər sürətləndi ki, kimyaçılar artıq onu izləyə bilmədilər ...

2007 Technion nanotexnoloqları bütün yəhudi "Əhdi-Ətiq"ini cəmi 0,5 mm-lik bir sahəyə yerləşdirirlər.² qızılla örtülmüş silikon vafli. Mətn qallium ionlarının fokuslanmış axınını boşqaba yönəltməklə həkk edilmişdir.

2009-2010 Nadrian Seaman və Nyu-York Universitetindəki həmkarları, sintetik DNT strukturlarının istənilən forma və xüsusiyyətlərə malik digər strukturları "istehsal etmək" üçün proqramlaşdırıla biləcəyi bir sıra DNT-yə bənzər nanomontajlar yaradırlar.

2013 IBM alimləri yalnız 100 milyon dəfə böyüdükdən sonra baxıla bilən cizgi filmi yaradırlar. O, "Oğlan və Onun Atomu" adlanır və ölçüləri metrin milyardda biri olan diatomik nöqtələrlə çəkilib, bunlar tək molekullu karbonmonoksitdir. Cizgi filmi əvvəlcə topla oynayan, sonra isə batutda tullanan oğlanı təsvir edir. Molekullardan biri də top rolunu oynayır. Bütün hərəkətlər mis səthdə baş verir və hər bir film çərçivəsinin ölçüsü bir neçə onlarla nanometrdən çox deyil.

2014 Sürixdəki ETH Texnologiya Universitetinin alimləri qalınlığı bir nanometrdən az olan məsaməli membran yaratmağa müvəffəq olublar. Nanotexnoloji manipulyasiya yolu ilə əldə edilən materialın qalınlığı 100 XNUMX-dir. insan saçından dəfələrlə kiçikdir. Müəlliflər qrupunun üzvlərinin fikrincə, bu, əldə edilə bilən və ümumiyyətlə mümkün olan ən nazik məsaməli materialdır. O, iki ölçülü qrafen strukturunun iki qatından ibarətdir. Membran keçiricidir, lakin yalnız kiçik hissəciklər üçün, daha böyük hissəcikləri yavaşlatır və ya tamamilə tutur.

2015 Enerjini bir molekuldan digərinə ötürən, təbii prosesləri təqlid edən nanoölçülü qurğu olan molekulyar nasos yaradılır. Layihə Weinberg Şimal-Qərb İncəsənət və Elmlər Kollecinin tədqiqatçıları tərəfindən hazırlanmışdır. Mexanizm zülallarda olan bioloji prosesləri xatırladır. Belə texnologiyaların əsasən biotexnologiya və tibb sahələrində, məsələn, süni əzələlərdə tətbiq tapacağı gözlənilir.

2016 “Nature Nanotechnology” elmi jurnalında dərc olunan məqaləyə görə, Hollandiyanın Delft Texniki Universitetinin tədqiqatçıları tək atomlu yaddaş daşıyıcıları yaradıblar. Yeni üsul hazırda istifadə olunan hər hansı bir texnologiyadan beş yüz dəfə daha yüksək saxlama sıxlığını təmin etməlidir. Müəlliflər qeyd edirlər ki, hissəciklərin kosmosda yerləşməsinin üçölçülü modelindən istifadə etməklə daha da yaxşı nəticələr əldə etmək olar.

Nanotexnologiyaların və nanomaterialların təsnifatı

1. Nanotexnoloji strukturlara aşağıdakılar daxildir:

• kvant quyuları, məftillər və nöqtələr, yəni. aşağıdakı xüsusiyyəti birləşdirən müxtəlif strukturlar - potensial maneələr vasitəsilə müəyyən bir ərazidə hissəciklərin məkan məhdudiyyəti;
• strukturu fərdi molekullar səviyyəsində idarə olunan plastiklər, bunun sayəsində, məsələn, görünməmiş mexaniki xüsusiyyətlərə malik materiallar əldə etmək mümkündür;
• süni liflər - qeyri-adi mexaniki xassələri ilə də seçilən çox dəqiq molekulyar quruluşa malik materiallar;
• nanoborular, içi boş silindrlər şəklində supramolekulyar strukturlar. Bu günə qədər divarları bükülmüş qrafendən (monatomik qrafit təbəqələri) hazırlanmış ən yaxşı karbon nanoborucuqları məlumdur. Karbon olmayan nanoborular da var (məsələn, volfram sulfidindən) və DNT-dən;
• dənələri, məsələn, metal atomlarının yığılması olan toz şəklində əzilmiş materiallar. Güclü antibakterial xüsusiyyətlərə malik gümüş () bu formada geniş istifadə olunur;
• nanotellər (məsələn, gümüş və ya mis);
• elektron litoqrafiya və digər nanolitoqrafiya üsullarından istifadə etməklə əmələ gələn elementlər;
• fullerenlər;
• qrafen və digər iki ölçülü materiallar (borofen, qrafen, altıbucaqlı bor nitridi, silisen, germanen, molibden sulfid);
• nanohissəciklərlə gücləndirilmiş kompozit materiallar.

Nanolitoqrafiya səthi

2. İqtisadi Əməkdaşlıq və İnkişaf Təşkilatı (OECD) tərəfindən 2004-cü ildə hazırlanmış elmlər sistematikasında nanotexnologiyaların təsnifatı:

• nanomateriallar (istehsal və xassələri);
• nanoproseslər (nanoölçülü tətbiqlər - biomateriallar sənaye biotexnologiyasına aiddir).

3. Nanomateriallar molekulyar səviyyədə nizamlı strukturların olduğu bütün materiallardır, yəni. 100 nanometrdən çox olmayan.

Bu hədd mikrostrukturun əsas vahidi kimi domenlərin ölçüsünə və ya substratda alınan və ya çökdürülmüş təbəqələrin qalınlığına aid edilə bilər. Təcrübədə nanomateriallara aid edilən aşağıdakı hədd fərqli performans xüsusiyyətlərinə malik materiallar üçün fərqlidir - bu, əsasən aşıldığında spesifik xüsusiyyətlərin görünüşü ilə əlaqələndirilir. Materialların sifariş edilmiş strukturlarının ölçüsünü azaltmaqla onların fiziki-kimyəvi, mexaniki və digər xüsusiyyətlərini əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırmaq mümkündür.

Nanomaterialları aşağıdakı dörd qrupa bölmək olar:

• sıfır ölçülü (nöqtə nanomaterialları) - məsələn, kvant nöqtələri, gümüş nanohissəciklər;
• birölçülü – məsələn, metal və ya yarımkeçirici nanotellər, nanorodlar, polimer nanoliflər;
• iki ölçülü – məsələn, birfazalı və ya çoxfazalı tipli nanometr təbəqələri, qrafen və bir atom qalınlığında digər materiallar;
• üç ölçülü (və ya nanokristal) - kristal domenlərdən və nanometrlər sırasına uyğun ölçülərə malik fazaların yığılmasından və ya nanohissəciklərlə gücləndirilmiş kompozitlərdən ibarətdir.