La nanotecnologÃa se refiere amplio a un campo de la ciencia aplicada y de la tecnología cuyo tema unifying es el control de la materia en la escala molecular atómica y, normalmente 1 a 100 nanómetros y la fabricación de dispositivos dentro de esa gama del tamaño. Es alto un campo multidisciplinario, extrayendo de campos tales como física aplicada, la ciencia material, interfaz y la ciencia del coloide, la física del dispositivo, la química supramolecular (que refiere al área de la química que se centra en las interacciones noncovalent de la vinculación de moléculas), las máquinas de Uno mismo-repliegue y la robótica, la ingeniería química, la ingeniería industrial, y la ingeniería eléctrica . Mucha especulación existe en cuanto a qué puede resultar de estas líneas de investigación. La nanotecnologÃa se puede considerar como extensión de ciencias existentes en el nanoscale, o como modificación de ciencias existentes usar un más nuevo, más moderno término.
Dos acercamientos principales se utilizan en nanotecnologÃa. En el " parte inferior-up" el acercamiento, los materiales y los dispositivos se construyen de los componentes moleculares que el monta ellos mismos químicamente por principios del reconocimiento molecular . En el " tapa-down" acercarse, los nano-objetos se construyen de entidades más grandes sin control del atómico-nivel. El ímpetu para la nanotecnologÃa viene de un interés renovado en la ciencia del interfaz y del coloide, juntada con una nueva generación de herramientas analíticas tales como el microscopio atómico (AFM) de la fuerza, y del microscopio (STM) el hacer un túnel de la exploración. Combinado con procesos refinados tales como litografía de haz electrónico y epitaxia de viga molecular, estos instrumentos permiten la manipulación deliberada de nanostructures, y llevado a la observación de fenómenos nuevos.
Los ejemplos de la nanotecnologÃa en uso moderno son la fabricación de polímeros basados en la estructura molecular, y el diseño de disposiciones del chip de ordenador basadas en la ciencia superficial. A pesar de la gran promesa de nanotecnologÃas numerosas tales como puntos de Quantum y Nanotubes, los usos comerciales verdaderos han utilizado principalmente las ventajas de nanoparticles coloidales en forma a granel, tal como loción del bronceado, los cosméticos, capas protectoras, entrega de la droga, y manchan la ropa resistente.
Orígenes
considera también: Historia la nanotecnologÃa
El primer uso de los conceptos en “nanotecnologÃa” (pero el uso de la precedencia de ese nombre) estaba en " El allí es un montón de sitio en la parte inferior, " una charla dada por el Richard Feynman del físico en una reunión física americana de la sociedad en el Caltech el el 29 de diciembre, 1959 . Feynman describió un proceso por el cual la capacidad de manipular los átomos y las moléculas individuales pudo ser desarrollada, usar un sistema de herramientas exactas para construir y para funcionar otro sistema proporcional más pequeño, así que encendido abajo a la escala necesaria. En el curso de esto, él observó, escalando ediciones se presentaría de la magnitud cambiante de varios fenómenos físicos: la gravedad se convirtió en tensión de superficie menos importante, y la atracción de Van der Waals se convirtió en más importante, etc. Esta idea básica aparece factible, y la asamblea exponencial la realza con el paralelismo para producir una cantidad útil de productos finales. El " del término; nanotechnology" fue definido por el Norio Taniguchi del profesor de la universidad de la ciencia de Tokio en un 1974 de papel (N. Taniguchi, " En el concepto básico de “nanotecnologÃa”, " Proc. Tokio, parte II, sociedad de la ingeniería de precisión, 1974 de Japón.) como sigue: " La “nanotecnologÃa” consiste en principalmente el proceso de, la separación, la consolidación, y la deformación de materiales por un átomo o por un molecule." En los años 80 la idea básica de esta definición fue explorada con mucho más profundidad por el Dr. Eric Drexler, de quien promovió la significación tecnológica nano-escalan fenómenos y los dispositivos a través de discursos y de los motores de los libros de la creación: La era que viene de la nanotecnologÃa (1986) y de Nanosystems: La maquinaria molecular, la fabricación, y el cómputo, y el término adquirieron tan su sentido actual. La nanotecnologÃa y el nanoscience consiguieron comenzados en el principios de los 80 con dos progresos importantes; el nacimiento de la ciencia del racimo y la invención del microscopio (STM) el hacer un túnel de la exploración. Este desarrollo llevó al descubrimiento Fullerenes en 1986 y de los nanotubes del carbón algunos años más tarde. En otro desarrollo, la síntesis y las características Nanocrystals del semiconductor fueron estudiadas. Esto llevó a un número cada vez mayor rápido de nanoparticles del óxido de metal de los puntos de Quantum. El microscopio atómico de la fuerza fue inventado cinco años después de que el STM fue inventado.
Conceptos fundamentales
Un nanómetro (nm) es un milmillon3esima, o 10-9 de un metro. Para la comparación, las longitudes en enlace típico del carbón-carbón o el espaciamiento entre estos átomos en una molécula, son en la gama .15 nanómetro, y una doble-hélice de la DNA tiene un diámetro alrededor 2 nanómetro. Por una parte, los lifeforms celulares más pequeño, las bacterias del género micoplasma, son alrededor 200 nanómetro en longitud. Para poner esa escala adentro al contexto el tamaño comparativo de un nanómetro a un metro es igual que el de un mármol al tamaño de la tierra. U otra manera de ponerla: un nanómetro es la cantidad que la barba de un hombre crece en el tiempo lo toma para levantar la maquinilla de afeitar a su cara ha propuesto que nanotecnologÃa avanzada, aunque ejecutado quizás inicialmente por medios biomimetic, podría ser basado en última instancia en los principios de la ingeniería industrial, a saber, una tecnología de fabricación basada en la funcionalidad mecánica de estos componentes (tales como engranajes, cojinetes, motores, y miembros estructurales) que permitirían a asamblea programable, posicional a la especificación atómica (PNAS-1981). El funcionamiento de la física y de la ingeniería de los diseños del modelo era analizado en el Nanosystems del libro de Drexler.
Pero el análisis de Drexler es muy cualitativo y no aborda ediciones muy acuciantes, tales como el " fingers" gordo; y " Fingers" pegajoso; problemas. En general es muy difícil montar los dispositivos en la escala atómica, como tiene que colocar los átomos es otros átomos del tamaño y del stickyness comparables. Otra visión, presentada por Carlos Montemagno], es que los nanosystems futuros serán híbridos de la tecnología del silicio y de las máquinas moleculares biológicas. Otra más visión, propuesta por el último Richard Smalley, es que el mechanosynthesis es imposible debido a las dificultades en mecánicamente la manipulación de las moléculas individuales.
Esto llevó a un intercambio de letras en las noticias del producto químico y de la ingeniería de la publicación ACS en 2003. Aunque la biología demuestra claramente que los sistemas moleculares de la máquina son posibles, las máquinas moleculares no biológicas están hoy solamente en su infancia. Los líderes en la investigación sobre las máquinas moleculares no biológicas son el Dr. Alex Zettl y sus colegas en los laboratorios de Lorenzo Berkeley y Uc Berkeley. Han construido por lo menos tres dispositivos moleculares distintos cuyo movimiento es controlado de la mesa con voltaje cambiante: un Nanomotor del nanotube, un actuador molecular, y un oscilador de relajación nanoelectromechanical.
Un experimento que indicaba que la asamblea molecular posicional es posible fue realizado por Ho y Lee en la Universidad Cornell en 1999. Utilizaron un microscopio el hacer un túnel de la exploración para mover una molécula individual del monóxido de carbono (CO) a un átomo individual del hierro (FE) que se sentaba en un cristal de la plata plana, y químicamente para limitar el CO al FE aplicando un voltaje.
Investigación actual
Nanomaterials
Esto incluye los subcampos que desarrollan o estudian los materiales que tienen características únicas el presentarse de sus dimensiones del nanoscale.
la ciencia del interfaz y del coloide del ha dado lugar a muchos materiales que pueden ser útiles en nanotecnologÃa, tal como nanotubes del carbón y otro Fullerenes y vario Nanoparticles y Nanorods
Los materiales de Nanoscale se pueden también utilizar para los usos del bulto del ; la mayoría de los actuales usos comerciales de la nanotecnologÃa están de este sabor.
El progreso se ha hecho al usar estos materiales para los usos médicos; ver el Nanomedicine .
Acercamientos ascendentes
Este búsqueda para arreglar componentes más pequeños en asambleas más complejas.
la nanotecnologÃa de la DNA del utiliza la especificidad de la Watson-Tortícolis basepairing para construir las estructuras bien definidas fuera de la DNA y otros ácidos nucléicos
Acercamientos del campo del " classical" la síntesis química también tiene como objetivo el diseñar de las moléculas con la forma bien definida (e. name=" de la referencia de los Bis-péptidos ; Levins" >Levins CG, CE de Schafmeister. la síntesis de estructuras curvadas y lineares de un sistema mínimo de monómeros. Diario de de la química orgánica, del 70, P.
Más generalmente, el uno mismo-montaje molecular del intenta utilizar conceptos de la química supramolecular, y el reconocimiento molecular particularmente, para hacer componentes de la solo-molécula arreglarse automáticamente en una cierta conformación útil.
Acercamientos de arriba hacia abajo
Este búsqueda para crear dispositivos más pequeños usando los más grandes para dirigir a su asamblea.
Muchas tecnologías descendidas de los métodos de estado sólido del silicio convencional del para los microprocesadores de fabricación son capaces ahora de crear las características más pequeño de 100 nanómetro, cayendo bajo definición de la nanotecnologÃa. Magnetorresistencia gigante - las impulsiones duras basadas ya en el mercado caben esta descripción, al igual que las técnicas atómicas de la deposición (ALD) de la capa. El Peter Grünberg y el Albert Fert recibieron el Premio Nobel Del en la física para su descubrimiento de la magnetorresistencia y de las contribuciones gigantes al campo del spintronics en 2007.
Las técnicas de estado sólido del
se pueden también utilizar para crear los dispositivos conocidos como sistemas o NEMS de Nanoelectromechanical del, que se relacionan con los sistemas microelectromecánicos o MEMS.
Las extremidades atómicas del microscopio de la fuerza se pueden utilizar como " del nanoscale; escribir el head" para depositar un producto químico sobre una superficie en un patrón deseado en un llamado de proceso del sumergir el nanolithography de la pluma. Este ajustes en el subcampo más grande Nanolithography .
Acercamientos funcionales
Este búsqueda para desarrollar componentes de una funcionalidad deseada sin consideración alguna hacia cómo puede ser que sean montados.
la electrónica molecular del intenta desarrollar las moléculas con las características electrónicas útiles. Éstos se podían entonces utilizar como componentes de la solo-molécula en un dispositivo nanoelectronic. Para un ejemplo ver el Rotaxane .
Los métodos químicos sintéticos se pueden también utilizar para crear los motores moleculares sintéticos del, tal como adentro un supuesto Nanocar .
el Nanoionics desarrolla los dispositivos con transporte de ion rápido en la escala nana para la conversión y el almacenaje de la energía, de la carga y de la información.
Especulativo
La búsqueda de estos subcampos al anticipa qué la nanotecnologÃa de las invenciones pudo rendir, o intenta proponer una agenda a lo largo de la cual la investigación pudo progresar. Éstos toman a menudo una opinión del grande-cuadro de la nanotecnologÃa, con más énfasis en sus implicaciones sociales que los detalles de cómo tales invenciones podrían ser creadas realmente.la nanotecnologÃa molecular del es un acercamiento propuesto que implica el manipular de las solas moléculas en maneras finalmente controladas, deterministas. Esto es más teórico que los otros subcampos y está más allá de capacidades actuales.
el Nanorobotics se centra en las máquinas autosuficientes de alguÌn funcionamiento de la funcionalidad en el nanoscale. Hay esperanzas de aplicar nanorobots en medicina, pero puede no ser fácil hacer tal cosa debido a varias desventajas de tales dispositivos. Sin embargo, el progreso en cuanto a los materiales y a las metodologías innovadores se ha demostrado con algunas patentes concedidas sobre los nuevos dispositivos nanomanufacturing para los usos comerciales futuros, que también ayuda progresivamente en el desarrollo hacia nanorobots con el uso del concepto encajado del nanobioelectronics.
la materia programable del basada en los átomos artificiales intenta diseñar los materiales cuyas características pueden estar fácilmente y externamente controlaron reversible.
Debido al renombre y a la exposición de los medios de la nanotecnologÃa del término, Picotechnology de las palabras y Femtotechnology se han acuñado en analogía a ella, aunque éstos se utilicen solamente raramente e informal.
Herramientas y técnicas
Las primeras observaciones y medidas del tamaño de nano-partículas fueron hechas durante la primera década de vigésimo siglo. Se asocian sobre todo al nombre de Zsigmondy que hizo el estudio del detalle de soles del oro y de otros nanomaterials con tamaños abajo a 10 nanómetro y menos. Él publicó un libro en 1914. Él utilizó el ultramicroscopio ese método del campo oscuro del de los employes para ver partículas con tamaños mucho menos que la longitud de onda ligera .
Hay técnicas tradicionales desarrolladas durante el vigésimo siglo en la ciencia del interfaz y del coloide para caracterizar nanomaterials. Éstos son ampliamente utilizados para los primeros nanomaterials pasivos de la generación del especificados en la sección siguiente. Estos métodos incluyen varias diversas técnicas para caracterizar la distribución dimensional de partícula. Esta caracterización es imprescindible porque muchos materiales que se espera que nano-sean clasificados se agregan realmente en soluciones. Algunos de métodos se basan en la dispersión luminosa . Otro aplica el ultrasonido, tal como espectroscopia de la atenuación del ultrasonido para las nano-dispersiones y las microemulsiones concentradas prueba.
Hay también un grupo de técnicas tradicionales para caracterizar la carga superficial o el potencial de la zeta de nano-partículas en soluciones. Este la información se requiere para el stabilzation apropiado del sistema, previniendo su agregación o la floculación . Estos métodos incluyen el Microelectrophoresis, la dispersión luminosa electroforética y la electroacústica . El pasado, por ejemplo el método actual de la vibración coloide es convenientes para caracterizar sistemas concentrados.
El grupo siguiente de técnicas nanotechnological incluye ésos usados para la fabricación de nanowires, ésos usados en la fabricación del semiconductor tal como litografía ultravioleta profunda, la litografía de haz electrónico, la viga de ion enfocada el trabajar a máquina de, la litografía del nanoimprint, la deposición atómica de la capa, y la deposición de vapor molecular, y los fomenta incluyendo la uno mismo-asamblea molecular que las técnicas tales como ésas empleando di-bloquean los copolímeros. Sin embargo, todas estas técnicas precedieron la era del nanotech, y son extensiones en el desarrollo de adelantos científicos algo que las técnicas que fueron ideadas con el único propósito de crear la nanotecnologÃa y que eran resultados de la investigación de la nanotecnologÃa.
Hay varios progresos modernos importantes. El microscopio atómico (AFM) de la fuerza y el microscopio (STM) el hacer un túnel de la exploración son dos versiones tempranas de las puntas de prueba de la exploración que pusieron en marcha la nanotecnologÃa. Hay otros tipos de la microscopia de la punta de prueba de la exploración, fluyendo todo de las ideas del microscopio confocal de la exploración desarrollado por el Marvin Minsky en 1961 y el que explora el microscopio acústico (SAM) desarrollado por el Calvin Quate y compañeros de trabajo en los años 70, que permitieron considerar las estructuras en el nanoscale. La extremidad de una punta de prueba de la exploración se puede también utilizar para manipular los nanostructures (un proceso llamado asamblea posicional). el Característica-orientó la exploración - el que coloca la metodología de sugerida por Rostislav Lapshin aparece ser una manera prometedora de ejecutar estos nanomanipulations en modo automático. Sin embargo, esto sigue siendo un proceso lento debido a la velocidad baja de la exploración del microscopio. Las varias técnicas Nanolithography tal como nanolithography de la pluma de la inmersión, litografía de haz electrónico o litografía de Nanoimprint también fueron desarrolladas. La litografía es una técnica de arriba hacia abajo de la fabricación donde un material a granel se reduce de tamaño al patrón del nanoscale.
El acercamiento de arriba hacia abajo anticipa los nanodevices que deben ser pedazo construido por el pedazo en etapas, mucho pues los artículos manufacturados se hacen actual. La microscopia de la punta de prueba de la exploración es una técnica importante para la caracterización y la síntesis de nanomaterials. Los microscopios atómicos de la fuerza y los microscopios el hacer un túnel de la exploración se pueden utilizar para mirar superficies y para mover los átomos alrededor. Diseñando diversas extremidades para estos microscopios, pueden ser utilizadas para tallar las estructuras en superficies y ayudar a dirigir las estructuras de uno mismo-junta. Usando, por ejemplo, el Característica-orientó la exploración - el que coloca el acercamiento de, átomos se puede mover alrededor en una superficie con técnicas de la microscopia de la punta de prueba de la exploración. Actualmente, es costoso y desperdiciador de tiempo para la producción en masa pero muy conveniente para la experimentación del laboratorio. En cambio, las técnicas ascendentes construyen o crecen un átomo más grande de las estructuras por el átomo o la molécula por la molécula. Estas técnicas incluyen a la síntesis química, a la Uno mismo-asamblea y a asamblea posicional. Otra variación del acercamiento ascendente es la epitaxia de viga molecular o MBE. Los investigadores en los laboratorios de teléfono de Bell tienen gusto de Juan R. MBE desarrollado y ejecutado de Gossard como herramienta de la investigación en el finales de los sesenta y los años 70. Las muestras hechas por el MBE eran dominantes al descubrimiento del Hall effect fraccionario del quántum para el cual el Premio Nobel Del 1998 en la física fue concedido. El MBE permite que los científicos coloquen capas atómico-exactas de átomos y, en el proceso, que aumenten las estructuras complejas. Importante para la investigación sobre los semiconductores, MBE es también ampliamente utilizado hacer muestras y los dispositivos para el campo nuevamente el emerger Spintronics .
Más nuevas técnicas tales como interferometría dual de la polarización están permitiendo a científicos medir cuantitativo las interacciones moleculares que ocurren en nano-escalan.
Usos
considera también: Lista de
los usos de la nanotecnologÃa
Aunque haya habido mucho bombo sobre los usos potenciales de la nanotecnologÃa, la mayoría de los usos comercializados actuales se limitan al uso del " primer generation" nanomaterials pasivos. Éstos incluyen nanoparticles del dióxido titanium en la protección solar, cosméticos y algunos productos alimenticios; nanoparticles de plata en el acondicionamiento de los alimentos, el vestir, desinfectantes y aparatos electrodomésticos; nanoparticles del óxido de cinc en protecciones solares y cosméticos, capas superficiales, pinturas y barnices al aire libre de los muebles; y nanoparticles del óxido del cerio como catalizador del combustible. El centro de Woodrow Wilson para el proyecto de los eruditos internacionales sobre las nanotecnologÃas emergentes recibe un inventario de productos de consumo que ahora contengan nanomaterials.
Al menos otros usos que requieren la manipulación o el arreglo real de los componentes del nanoscale aguardan la investigación adicional. Aunque las tecnologías calificadas actual con el término “nano” se relacionan a veces poco con y bajan cortocircuito lejano de las metas tecnológicas más ambiciosas y más transformativas de la clase en ofertas moleculares de la fabricación, el término todavía implica tales ideas. Así puede haber un peligro que un " bubble" nano; formará, o está formando ya, del uso del término de los científicos y de los empresarios de almacenar la financiación, sin importar interés en las posibilidades transformativas de un trabajo más ambicioso y más previsor.
El National Science Foundation (una fuente importante de financiamiento para la nanotecnologÃa en los Estados Unidos) financió a investigador David Berube para estudiar el campo de la nanotecnologÃa. Sus resultados se publican en Nano-Bombo de la monografía “: La verdad detrás de la nanotecnologÃa Buzz". Este publicado estudio (con una advertencia de Mihail Roco, consejero mayor para la nanotecnologÃa en el National Science Foundation) concluye que mucho se vende de qué como la “nanotecnologÃa” es de hecho una modificación de la ciencia material directa, que está llevando al “nanotech una industria empleada solamente la venta de nanotubes, los nanowires, y similares” que “terminará para arriba con algunos surtidores que venden productos bajos del margen en volumes." enorme;
Implicaciones
considera también: Implicaciones la nanotecnologÃa
Debido a las demandas de gran envergadura que se han hecho sobre usos potenciales de la nanotecnologÃa, un número de inquietudes se han despertado por qué efectos tendrán éstas en nuestra sociedad si están realizada, y qué acción eventualmente es apropiada atenuar estos riesgos.
Un motivo de preocupación es el efecto que la fabricación y el uso a nivel industrial Nanomaterials tendrían en salud humana y el ambiente, según lo sugerido por la investigación de Nanotoxicology . Los grupos tales como el centro para la nanotecnologÃa responsable han abogado que la nanotecnologÃa debe ser el especialmente regulado de los gobiernos por estas razones. Otros contradicen que la reglamentación excesiva sofocaría la investigación científica y el desarrollo de las innovaciones que el podría grandemente beneficiar a la humanidad .
Las preocupaciones de más largo plazo se centran en las implicaciones que las nuevas tecnologías tendrán para la sociedad at large, y si éstos podrían llevar posiblemente o a una economía de la escasez del poste, o exacerbar alternativo el boquete de la abundancia entre los países en desarrollo desarrollados y.
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