Подход «сверху вниз» и «снизу вверх» в нанотехнологии
Нанотехнология – это проектирование, разработка или манипулирование в нанометровом (миллиардная часть метра) масштабе. Размер объекта сделки должен быть меньше ста нанометров, по крайней мере, в одном измерении, чтобы назвать что-то нанотехнологией. В нанотехнологиях есть два подхода к проектированию, известные как «сверху вниз» и «снизу вверх». Оба подхода полезны в разных типах приложений.
Подход «сверху вниз»
При нисходящем подходе наноразмерные объекты создаются путем обработки объектов большего размера. Производство интегральных схем является примером нанотехнологии «сверху вниз». Теперь он вырос до уровня изготовления наноэлектромеханических систем (NEMS), в которых крошечные механические компоненты, такие как рычаги, пружины и каналы для жидкости, вместе с электронными схемами встроены в крошечный чип. Исходными материалами в этих производствах являются относительно большие структуры, такие как кристаллы кремния. Литография - это технология, которая позволила изготовить такие крошечные чипы, и существует множество их типов, таких как фотолитография, электронно-лучевая и ионно-лучевая литография.
В некоторых применениях более крупные материалы измельчаются до нанометрового масштаба, чтобы увеличить соотношение площади поверхности к объему для большей реакционной способности. Нано-золото, нано-серебро и нано-диоксид титана являются такими наноматериалами, используемыми в различных приложениях. Процесс производства углеродных нанотрубок с использованием графита в дуговой печи является еще одним примером нанотехнологии с подходом «сверху вниз».
Подход снизу-вверх
Подход «снизу вверх» в нанотехнологии заключается в создании более крупных наноструктур из более мелких строительных блоков, таких как атомы и молекулы. Самосборка, при которой желаемые наноструктуры собираются самостоятельно без каких-либо внешних манипуляций. Когда размер объекта в нанопроизводстве становится меньше, подход «снизу вверх» становится все более важным дополнением к методам «сверху вниз».
Подход «снизу вверх» Нанотехнологии можно найти в природе, где биологические системы использовали химические силы для создания структур клеток, необходимых для жизни. Ученые и инженеры проводят исследования, чтобы имитировать это качество природы, создавая небольшие кластеры определенных атомов, которые затем могут самостоятельно собираться в более сложные структуры. Производство углеродных нанотрубок с использованием метода катализируемой металлом полимеризации является хорошим примером нанотехнологии «снизу вверх».
Молекулярные машины и производство - это концепция восходящей нанотехнологии, представленная Эриком Дрекслером в его книге «Двигатели творения» в 1987 году. Она дала первые представления о том, как механические системы наномасштаба могут использоваться для создания сложных молекулярных структур..
Разница между подходами «сверху вниз» и «снизу вверх» в нанотехнологиях
1. Производственный процесс начинается с более крупных структур при подходе «сверху вниз», где исходные строительные блоки меньше, чем окончательный проект при подходе «снизу вверх»
2. Производство снизу вверх может производить конструкции с идеальными поверхностями и краями (без складок и полостей и т. д.), хотя поверхности и края, полученные при производстве сверху вниз, не идеальны, поскольку они морщинистые или содержат полости.
3. Производственные технологии восходящего подхода новее, чем производство сверху вниз, и ожидается, что они станут альтернативой ему в некоторых приложениях (например, в транзисторах).
4. Изделия с подходом «снизу вверх» имеют более высокую точность (больше контроля над размерами материала) и, следовательно, могут изготавливать конструкции меньшего размера по сравнению с подходом «сверху вниз».
5. При подходе «сверху-вниз» существует определенное количество потерянного материала, поскольку некоторые части удаляются из исходной структуры, в отличие от подхода «снизу-вверх», когда никакая часть материала не удаляется.
