Нанотехнологии - Nanotechnology

Для материаловедения журнала см. Нанотехнологии (журнал). Для других вариантов использования «Нанотех» см. Нанотехнологии (значения).

Часть серия статей о
Нанотехнологии
Влияние и Приложения
Наноматериалы
Молекулярная самосборка
Наноэлектроника
Нанометрология
Молекулярная нанотехнология
  • Приложения Nuvola kalzium.svg Научный портал
  • Telecom-icon.svg Технологический портал

Нанотехнологии (или же "нанотехнологии") - это использование материи на атомный, молекулярный, и супрамолекулярный весы для промышленных целей. Самое раннее и широко распространенное описание нанотехнологии относилось к конкретной технологической цели точного манипулирования атомами и молекулами для производства макромасштабных продуктов, которые теперь также называются молекулярная нанотехнология.[1][2] Более общее описание нанотехнологии было впоследствии установлено Национальная нанотехнологическая инициатива, который определил нанотехнологию как манипулирование материей, по крайней мере, с одним измерением размером от 1 к 100 нанометры. Это определение отражает тот факт, что квантово-механический эффекты важны при этом квантовая область масштаб, и поэтому определение перешло от конкретной технологической цели к исследовательской категории, включающей все типы исследований и технологий, которые имеют дело с особыми свойствами материи, которые проявляются ниже заданного порогового значения. Поэтому принято использовать множественное число «нанотехнологии», а также «наноразмерные технологии» для обозначения широкого диапазона исследований и приложений, общей чертой которых является размер.

Нанотехнология, определяемая по размеру, естественно, обширна и включает в себя столь разные области науки, как наука о поверхности, органическая химия, молекулярная биология, физика полупроводников, хранилище энергии,[3][4] инженерное дело,[5] микротехнология,[6] и молекулярная инженерия.[7] Сопутствующие исследования и приложения столь же разнообразны, начиная от расширений традиционных физика устройства к совершенно новым подходам, основанным на молекулярная самосборка,[8] от развития новые материалы с размерами в наномасштабе до прямое управление материей в атомном масштабе.

Ученые сейчас обсуждают будущее последствия нанотехнологий. Нанотехнологии могут создать множество новых материалов и устройств с широким диапазоном Приложения, например, в наномедицина, наноэлектроника, биоматериалы производство энергии и потребительские товары. С другой стороны, нанотехнология поднимает многие из тех же проблем, что и любая новая технология, включая озабоченность по поводу токсичность и воздействие наноматериалов на окружающую среду,[9] и их потенциальное влияние на мировую экономику, а также рассуждения о различных сценарии судного дня. Эти опасения вызвали дебаты среди правозащитных групп и правительств о том, стоит ли регулирование нанотехнологий гарантируется.

Происхождение

Основная статья: История нанотехнологий

Концепции, положившие начало нанотехнологии, были впервые обсуждены в 1959 году известным физиком. Ричард Фейнман в его разговоре Внизу много места, в котором он описал возможность синтеза посредством прямого управления атомами.

В 1960 году египетский инженер Мохамед Аталла и корейский инженер Давон Канг в Bell Labs сфабрикованный первый МОП-транзистор (полевой транзистор металл – оксид – полупроводник) с оксид ворот толщина 100 нм вместе с ворота длина 20 мкм.[10] В 1962 году Аталла и Канг изготовили нанослой -основание переход металл – полупроводник (Перекресток M – S) транзистор что использовал золото (Au) тонкие пленки толщиной 10 нм.[11]

Сравнение размеров наноматериалов

Термин «нанотехнология» впервые был использован Норио Танигучи в 1974 году, хотя и не был широко известен. Вдохновленный концепциями Фейнмана, К. Эрик Дрекслер использовал термин «нанотехнология» в своей книге 1986 г. Двигатели созидания: грядущая эра нанотехнологий, который предложил идею наноразмерного «ассемблера», который мог бы создавать копии самого себя и других элементов произвольной сложности с атомарным контролем. Также в 1986 году Дрекслер стал соучредителем Институт Форсайта (с которым он больше не связан), чтобы помочь повысить осведомленность общественности и понимание концепций и последствий нанотехнологий.

Появление нанотехнологии как области в 1980-х годах произошло в результате конвергенции теоретических и общественных работ Дрекслера, которые разработали и популяризировали концептуальные основы нанотехнологии, и заметных экспериментальных достижений, которые привлекли дополнительное широкое внимание к перспективам атомного контроля над иметь значение. С момента всплеска популярности в 1980-х годах большая часть нанотехнологий включала исследования нескольких подходов к созданию механических устройств из небольшого числа атомов.[12]

В 1980-х годах два крупных прорыва привели к развитию нанотехнологий в современную эпоху. Во-первых, изобретение сканирующий туннельный микроскоп в 1981 году, который обеспечил беспрецедентную визуализацию отдельных атомов и связей, и успешно использовался для управления отдельными атомами в 1989 году. Разработчики микроскопа Герд Бинниг и Генрих Рорер в Исследовательская лаборатория IBM в Цюрихе получил Нобелевская премия по физике в 1986 г.[13][14] Бинниг, Quate и Гербер также изобрел аналогичный атомно-силовой микроскоп этот год.

Бакминстерфуллерен C60, также известный как Buckyball, является представительным членом углеродные структуры известный как фуллерены. Члены семейства фуллеренов являются основным объектом исследований, подпадающих под зонтик нанотехнологий.

Второй, фуллерены были открыты в 1985 году Гарри Крото, Ричард Смолли, и Роберт Керл, которые вместе выиграли 1996 год Нобелевская премия по химии.[15][16] C60 изначально не называлась нанотехнологией; термин использовался в отношении последующей работы с родственными графен трубки (называемые углеродные нанотрубки и иногда называемые трубками Баки), которые предлагали потенциальные приложения для наноразмерной электроники и устройств. Открытие углеродные нанотрубки в значительной степени связано с Сумио Иидзима из NEC в 1991 г.[17] за что Иидзима выиграл первый конкурс 2008 года. Премия Кавли в нанонауке.

В 1987 г. Биджан Давари привел IBM исследовательская группа, которая продемонстрировала первый MOSFET с 10 нм толщина оксида затвора, используя вольфрам -вратная технология.[18] Многопозиционные МОП-транзисторы включено масштабирование ниже 20 нм длина ворот, начиная с FinFET (плавниковый полевой транзистор), трехмерный непланарный полевой МОП-транзистор с двумя затворами.[19] FinFET возник в результате исследования Дай Хисамото в Центральная исследовательская лаборатория Hitachi в 1989 г.[20][21][22][23] В Калифорнийский университет в Беркли, Устройства FinFET были изготовлены группой, состоящей из Hisamoto и TSMC с Ченмин Ху и других международных исследователей, включая Цу-Джэ Кинг Лю, Джеффри Бокор, Хидеки Такеучи, К. Асано, Якуб Кедзерск, Сюэдзюэ Хуанг, Леланд Чанг, Ник Линдерт, Шибли Ахмед и Сайрус Табери. Команда изготовила устройства FinFET до 17 нм процесс в 1998 году, а затем 15 нм в 2001 году. В 2002 году группа, в которую входили Ю, Чанг, Ахмед, Ху, Лю, Бокор и Табери, изготовила 10 нм Устройство FinFET.[19]

В начале 2000-х эта область привлекала повышенное научное, политическое и коммерческое внимание, что привело как к спорам, так и к прогрессу. Возникли разногласия относительно определений и потенциальных последствий нанотехнологий, примером которых является Королевское общество доклад по нанотехнологиям.[24] Были подняты проблемы, связанные с осуществимостью приложений, предусмотренных сторонниками молекулярной нанотехнологии, кульминацией которых стали публичные дебаты между Дрекслером и Смолли в 2001 и 2003 годах.[25]

Тем временем началась коммерциализация продуктов, основанных на достижениях нанотехнологий. Эти продукты ограничены массовым применением наноматериалы и не предполагают атомного контроля над материей. Некоторые примеры включают Серебряное нано платформа для использования наночастицы серебра как антибактериальное средство, наночастица прозрачные солнцезащитные кремы на основе, углеродное волокно упрочнение с использованием наночастиц диоксида кремния и углеродных нанотрубок для устойчивых к пятнам тканей.[26][27]

Правительства начали продвигать и финансировать исследования в нанотехнологии, например, в США с Национальная нанотехнологическая инициатива, который формализовал определение нанотехнологии на основе размера и обеспечил финансирование исследований в наномасштабе, а в Европе через европейские Рамочные программы исследований и технологического развития.

К середине 2000-х годов начало процветать новое серьезное научное внимание. Появились проекты по разработке дорожных карт нанотехнологий[28][29] которые сосредоточены на атомарно точном манипулировании материей и обсуждают существующие и предполагаемые возможности, цели и приложения.

В 2006 году группа корейских исследователей из Корейский передовой институт науки и технологий (KAIST) и Национальный центр Nano Fab Center разработали 3 нм MOSFET, самый маленький в мире наноэлектроника устройство. Он был основан на круговой (GAA) Технология FinFET.[30][31]

Более шестидесяти стран создали нанотехнологии исследования и разработки (R&D) государственные программы в период с 2001 по 2004 год. Государственное финансирование было превышено корпоративными расходами на НИОКР в области нанотехнологий, при этом большая часть финансирования поступала от корпораций, базирующихся в Соединенных Штатах, Японии и Германии. Первая пятерка организаций, представивших самые интеллектуальные патенты по нанотехнологиям НИОКР с 1970 по 2011 гг. Samsung Electronics (2578 первых патентов), Nippon Steel (1490 первых патентов), IBM (1360 первых патентов), Toshiba (1298 первых патентов) и Canon (1162 первых патента). В первую пятерку организаций, опубликовавших наибольшее количество научных работ по нанотехнологическим исследованиям в период с 1970 по 2012 гг., Вошли: Китайская Академия Наук, Российская Академия Наук, Национальный центр научных исследований, Токийский университет и Осакский университет.[32]

Основные концепции

Нанотехнология - это разработка функциональных систем на молекулярном уровне. Это касается как текущей работы, так и более сложных концепций. В своем первоначальном смысле нанотехнология относится к прогнозируемой способности конструировать предметы снизу вверх с использованием методов и инструментов, разрабатываемых сегодня, для создания законченных, высокоэффективных продуктов.

Один нанометр (нм) составляет одну миллиардную или 10−9, метра. Для сравнения, типичный углерод-углерод длина облигаций, или расстояние между этими атомы в молекула, находятся в диапазоне 0,12–0,15 нм, а ДНК двойная спираль имеет диаметр около 2 нм. С другой стороны, самые маленькие сотовый формы жизни, бактерии этого рода Микоплазма, имеют длину около 200 нм. Условно нанотехнология принимается за масштабный диапазон От 1 до 100 нм в соответствии с определением, используемым Национальной инициативой в области нанотехнологий в США. Нижний предел устанавливается размером атомов (водород имеет самые маленькие атомы, которые составляют примерно четверть нм кинетический диаметр ), поскольку нанотехнология должна строить свои устройства из атомов и молекул. Верхний предел является более или менее произвольным, но примерно равен размеру, ниже которого явления, не наблюдаемые в более крупных структурах, начинают проявляться и могут быть использованы в наноустройстве.[33] Эти новые явления отличают нанотехнологию от устройств, которые являются всего лишь миниатюрными версиями эквивалентных устройств. макроскопический устройство; такие устройства имеют более крупный масштаб и подпадают под описание микротехнология.[34]

Чтобы поместить эту шкалу в другой контекст, сравнительный размер нанометра и метра такой же, как у мрамора по размеру земли.[35] Или по-другому: нанометр - это величина, на которую у среднего человека растет борода за время, которое требуется ему, чтобы поднести бритву к лицу.[35]

В нанотехнологиях используются два основных подхода. При «восходящем» подходе материалы и устройства создаются из молекулярных компонентов, которые собрать себя химически по принципам молекулярное распознавание.[36] При подходе «сверху вниз» нанообъекты конструируются из более крупных объектов без контроля на атомарном уровне.[37]

Такие области физики, как наноэлектроника, наномеханика, нанофотоника и наноионика эволюционировали в течение последних нескольких десятилетий, чтобы обеспечить фундаментальную научную основу нанотехнологии.

От большего к меньшему: взгляд на материалы

Изображение реконструкция на чистом Золото (100 ) поверхность, визуализированная с помощью сканирующая туннельная микроскопия. Видны положения отдельных атомов, составляющих поверхность.
Основная статья: Наноматериалы

Некоторые явления становятся заметными по мере уменьшения размера системы. К ним относятся статистический механический эффекты, а также квантово-механический эффекты, например "квант размерный эффект », когда электронные свойства твердых тел изменяются с большим уменьшением размера частиц. Этот эффект не играет роли при переходе от макро к микромерам. Однако квантовые эффекты могут стать значительными при достижении нанометрового диапазона размеров, обычно при расстояния 100 нанометров или меньше, так называемые квантовая сфера. Кроме того, по сравнению с макроскопическими системами изменяется ряд физических (механических, электрических, оптических и т. Д.) Свойств. Одним из примеров является увеличение отношения площади поверхности к объему, изменяющее механические, термические и каталитические свойства материалов. Диффузия и реакции в наномасштабе, материалы наноструктур и наноустройства с быстрым переносом ионов обычно относят к наноионике. Механический Свойства наносистем представляют интерес для исследований в области наномеханики. Каталитическая активность наноматериалов также открывает потенциальные риски при их взаимодействии с биоматериалы.

Материалы, уменьшенные до наномасштаба, могут демонстрировать свойства, отличные от того, что они демонстрируют на макроуровне, что позволяет использовать их в уникальных приложениях. Например, непрозрачные вещества могут стать прозрачными (медь); стабильные материалы могут превратиться в горючие (алюминий); нерастворимые материалы могут стать растворимыми (золото). Такой материал, как золото, которое в обычных масштабах является химически инертным, может служить сильнодействующим химическим веществом. катализатор в наномасштабе. Во многом увлечение нанотехнологиями проистекает из этих квантовых и поверхностных явлений, которые материя проявляет в наномасштабе.[38]

От простого к сложному: молекулярная перспектива

Основная статья: Молекулярная самосборка

Современное синтетическая химия достигла точки, когда можно приготовить небольшие молекулы практически любой структуры. Эти методы используются сегодня для производства широкого спектра полезных химикатов, таких как фармацевтические препараты или коммерческий полимеры. Эта способность поднимает вопрос о распространении такого рода контроля на следующий, более высокий уровень, поиск методов сборки этих отдельных молекул в супрамолекулярные сборки состоящий из множества молекул, расположенных четко определенным образом.

Эти подходы используют концепции молекулярной самосборки и / или супрамолекулярная химия автоматически привести себя в какое-то полезное состояние через вверх дном подход. Концепция молекулярного распознавания особенно важна: молекулы могут быть сконструированы так, чтобы предпочтение было отдано определенной конфигурации или расположению из-за нековалентный межмолекулярные силы. Уотсон-Крик спаривание оснований правила являются прямым результатом этого, как и специфика фермент нацелены на один субстрат, или конкретный сворачивание белка сам. Таким образом, два или более компонента могут быть спроектированы так, чтобы быть взаимодополняющими и взаимно привлекательными, чтобы они составляли более сложное и полезное целое.

Такие восходящие подходы должны позволять производить устройства параллельно и быть намного дешевле, чем нисходящие методы, но потенциально могут быть подавлены по мере увеличения размера и сложности желаемой сборки. Для большинства полезных структур требуется сложное и термодинамически маловероятное расположение атомов. Тем не менее, существует множество примеров самосборки на основе молекулярного распознавания в биология, прежде всего пары оснований Уотсона-Крика и взаимодействия фермент-субстрат. Задача нанотехнологии заключается в том, можно ли использовать эти принципы для создания новых конструкций в дополнение к естественным.

Молекулярные нанотехнологии: взгляд на перспективу

Основная статья: Молекулярная нанотехнология

Молекулярная нанотехнология, иногда называемая молекулярным производством, описывает сконструированные наносистемы (наноразмерные машины), работающие в молекулярном масштабе. Молекулярные нанотехнологии особенно связаны с молекулярный ассемблер, машина, которая может создавать желаемую структуру или устройство атом за атомом, используя принципы механосинтез. Производство в контексте продуктивные наносистемы не имеет отношения к традиционным технологиям, используемым для производства наноматериалов, таких как углеродные нанотрубки и наночастицы, и их следует четко отличать от них.

Когда термин «нанотехнология» был независимо придуман и популяризирован Эрик Дрекслер (который в то время не знал о более раннее использование Норио Танигучи) речь идет о технологии производства будущего, основанной на молекулярная машина системы. Предпосылка заключалась в том, что биологические аналогии в молекулярном масштабе традиционных компонентов машин продемонстрировали, что молекулярные машины возможны: из бесчисленных примеров, найденных в биологии, известно, что сложные, стохастически оптимизированный биологические машины могут быть произведены.

Есть надежда, что достижения в области нанотехнологий сделают возможным их строительство другими способами, возможно, с использованием биомиметик принципы. Однако Дрекслер и другие исследователи[39] предложили, чтобы передовая нанотехнология, хотя, возможно, первоначально была реализована с помощью биомиметических средств, в конечном итоге могла бы быть основана на принципах машиностроения, а именно на технологии производства, основанной на механической функциональности этих компонентов (таких как шестерни, подшипники, двигатели и конструктивные элементы), которые обеспечит программируемую позиционную сборку в соответствии с атомарной спецификацией.[40] Физические и технические характеристики образцовых конструкций были проанализированы в книге Дрекслера. Наносистемы.

В общем, очень сложно собирать устройства в атомном масштабе, так как нужно размещать атомы на других атомах сопоставимого размера и липкости. Другой взгляд, выдвинутый Карло Монтеманьо,[41] в том, что будущие наносистемы будут гибридом кремниевой технологии и биологических молекулярных машин. Ричард Смолли утверждал, что механосинтез невозможен из-за трудностей механического манипулирования отдельными молекулами.

Это привело к обмену письмами в ACS публикация Новости химии и машиностроения в 2003 г.[42] Хотя биология ясно демонстрирует, что молекулярные машинные системы возможны, небиологические молекулярные машины сегодня находятся только в зачаточном состоянии. Лидерами в исследованиях небиологических молекулярных машин являются д-р. Алекс Зеттл и его коллеги из лабораторий Лоуренса Беркли и Калифорнийского университета в Беркли.[1] Они построили по крайней мере три различных молекулярных устройства, движение которых контролируется с рабочего стола с изменяющимся напряжением: нанотрубка наномотор, молекулярный актуатор,[43] и наноэлектромеханический релаксационный генератор.[44] Видеть нанотрубка наномотор для получения дополнительных примеров.

Эксперимент, показывающий, что позиционная сборка молекул возможен, был проведен Хо и Ли в Корнелл Университет в 1999 году. Они использовали сканирующий туннельный микроскоп, чтобы переместить отдельную молекулу монооксида углерода (CO) к отдельному атому железа (Fe), сидящему на плоском кристалле серебра, и химически связать CO с Fe путем приложения напряжения.

Текущее исследование

Графическое представление ротаксан, полезен как молекулярный переключатель.
Эта ДНК тетраэдр[45] это искусственно разработан наноструктура типа сделанная в области ДНК-нанотехнологии. Каждый край тетраэдра представляет собой ДНК из 20 пар оснований. двойная спираль, и каждая вершина представляет собой трехрычажный переход.
Вращающийся вид C60, один вид фуллерена.
Это устройство передает энергию из нанотонких слоев квантовые ямы к нанокристаллы над ними, заставляя нанокристаллы излучать видимый свет.[46]

Наноматериалы

Сфера наноматериалов включает области, в которых разрабатываются или изучаются материалы, обладающие уникальными свойствами, обусловленными их наноразмерными размерами.[47]

  • Интерфейс и коллоидная наука дала начало многим материалам, которые могут быть полезны в нанотехнологии, таким как углеродные нанотрубки и другие фуллерены, а также различные наночастицы и наностержни. Наноматериалы с быстрым переносом ионов относятся также к наноионике и наноэлектронике.
  • Наноразмерные материалы также могут использоваться для объемных применений; большинство современных коммерческих применений нанотехнологий имеют именно такую ​​окраску.
  • Был достигнут прогресс в использовании этих материалов в медицинских целях; видеть Наномедицина.
  • Наноразмерные материалы, такие как наностолбики иногда используются в солнечные батареи который борется со стоимостью традиционных кремний солнечные батареи.
  • Разработка приложений, в которых используются полупроводники наночастицы для использования в продуктах следующего поколения, таких как дисплейная техника, освещение, солнечные элементы и биологические изображения; видеть квантовые точки.
  • Недавнее применение наноматериалы включать ряд биомедицинский приложения, такие как тканевая инженерия, доставки лекарств, и биосенсоры.[48][49][50][51]

Подходы снизу вверх

Они стремятся организовать более мелкие компоненты в более сложные сборки.

  • ДНК-нанотехнология использует специфичность спаривания оснований Уотсона-Крика для создания четко определенных структур из ДНК и других нуклеиновые кислоты.
  • Подходы из области «классического» химического синтеза (Неорганический и органический синтез ) также стремятся создавать молекулы с четко определенной формой (например, бис-пептиды[52]).
  • В более общем смысле, молекулярная самосборка стремится использовать концепции супрамолекулярной химии и, в частности, молекулярного распознавания, чтобы заставить компоненты одной молекулы автоматически организовываться в некую полезную конформацию.
  • Атомно-силовой микроскоп Наконечники можно использовать в качестве наноразмерной «пишущей головки» для нанесения химического вещества на поверхность в виде желаемого рисунка в процессе, называемом нанолитография пером. Этот метод вписывается в более крупное подполе нанолитография.
  • Молекулярно-лучевая эпитаксия позволяет собирать снизу вверх материалы, в первую очередь полупроводниковые материалы, обычно используемые в микросхемах и вычислительных приложениях, стеках, стробировании и нанопроволочные лазеры.

Подходы сверху вниз

Они стремятся создавать устройства меньшего размера, используя более крупные для управления их сборкой.

Функциональные подходы

Они стремятся разработать компоненты с желаемой функциональностью, независимо от того, как они могут быть собраны.

  • Магнитная сборка для синтеза анизотропных суперпарамагнитных материалов, таких как недавно представленные магнитные наноцепи.[36]
  • Электроника на молекулярном уровне стремится разработать молекулы с полезными электронными свойствами. Затем их можно было бы использовать в качестве компонентов одной молекулы в наноэлектронном устройстве.[55] Для примера см. Ротаксан.
  • Синтетические химические методы также могут использоваться для создания синтетические молекулярные моторы, например, в так называемом нанокар.

Биомиметические подходы

  • Бионика или же биомимикрия стремится применять биологические методы и системы, встречающиеся в природе, для изучения и проектирования инженерных систем и современных технологий. Биоминерализация является одним из примеров изучаемых систем.
  • Бионанотехнологии это использование биомолекулы для приложений в нанотехнологии, включая использование вирусов и липидных ансамблей.[56][57] Наноцеллюлоза является потенциальным массовым приложением.

Спекулятивный

Эти подполя стремятся предвидеть какие изобретения могут дать нанотехнологии, или попытаться предложить повестку дня, по которой расследование могло бы развиваться. Они часто представляют собой общую картину нанотехнологий с большим акцентом на ее социальных последствиях, чем на деталях того, как на самом деле могут быть созданы такие изобретения.

  • Молекулярная нанотехнология - это предложенный подход, который включает в себя управление отдельными молекулами точно контролируемыми, детерминированными способами. Это более теоретический подход, чем другие подполи, и многие из предлагаемых методов выходят за рамки текущих возможностей.
  • Наноробототехника сосредотачивается на самодостаточных машинах некоторой функциональности, работающих в наномасштабе. Есть надежды на применение нанороботов в медицине.[58][59] Тем не менее, прогресс в области инновационных материалов и методологий был продемонстрирован с помощью некоторых патентов, выданных на новые устройства для производства наночастиц для будущих коммерческих приложений, что также постепенно помогает в развитии нанороботов с использованием концепций встроенной нанобиоэлектроники.[60][61]
  • Продуктивные наносистемы - это «системы наносистем», которые будут сложными наносистемами, которые производят детали атомарной точности для других наносистем, не обязательно используя новые наноразмерные свойства, но хорошо изученные основы производства. Из-за дискретной (то есть атомной) природы материи и возможности экспоненциального роста этот этап рассматривается как основа еще одной промышленной революции. Михаил Роко, один из архитекторов Национальной инициативы США по нанотехнологиям, предложил четыре состояния нанотехнологий, которые, кажется, параллельны техническому прогрессу промышленной революции: от пассивных наноструктур к активным наноустройствам и к сложным. наномашины и в конечном итоге к продуктивным наносистемам.[62]
  • Программируемая материя стремится разрабатывать материалы, свойства которых можно легко, обратимо и внешне контролировать посредством сочетания информационная наука и материаловедение.
  • Из-за популярности и освещения в СМИ термина нанотехнологии слова пикотехнология и фемтотехнология были придуманы по аналогии с ним, хотя используются редко и неформально.

Размерность в наноматериалах

Наноматериалы можно разделить на 0D, 1D, 2D и 3D. наноматериалы. Размерность играет важную роль в определении характеристик наноматериалов, включая физический, химический и биологический характеристики. С уменьшением размерности наблюдается увеличение отношения поверхности к объему. Это указывает на то, что меньший размер наноматериалы имеют большую площадь поверхности по сравнению с 3D наноматериалами. Недавно, двумерные (2D) наноматериалы тщательно исследуются на предмет электронный, биомедицинский, доставки лекарств и биосенсор Приложения.

Инструменты и техники

Типичный AFM настраивать. Микрофабрика консоль острым наконечником отклоняется деталями на поверхности образца, как в фонограф но в гораздо меньшем масштабе. А лазер луч отражается от задней стороны консоли в набор фотоприемники, позволяя измерить отклонение и собрать изображение поверхности.

Есть несколько важных современных разработок. В атомно-силовой микроскоп (AFM) и Сканирующий туннельный микроскоп (STM) - это две ранние версии сканирующих зондов, положивших начало нанотехнологиям. Есть и другие виды сканирующая зондовая микроскопия. Хотя концептуально похоже на сканирование конфокальный микроскоп разработан Марвин Мински в 1961 г. и сканирующий акустический микроскоп (SAM) разработан Кальвин Куэйт и соавторы в 1970-х, новые сканирующие зондовые микроскопы имеют гораздо более высокое разрешение, поскольку они не ограничены длиной волны звука или света.

Наконечник сканирующего зонда также можно использовать для манипулирования наноструктурами (процесс, называемый позиционной сборкой). Функционально-ориентированное сканирование Методология может быть многообещающим способом реализации этих наноманипуляций в автоматическом режиме.[63][64] Однако это все еще медленный процесс из-за низкой скорости сканирования микроскопа.

Различные методы нанолитографии, такие как оптическая литография, Рентгеновская литография, нанолитография пером, электронно-лучевая литография или же литография наноимпринтов также были разработаны. Литография - это технология изготовления сверху вниз, при которой объемный материал уменьшается в размере до наноразмерного узора.

К другой группе нанотехнологий относятся методы, используемые для изготовления нанотрубки и нанопровода, те, которые используются в производстве полупроводников, таких как глубокая ультрафиолетовая литография, электронно-лучевая литография, обработка сфокусированным ионным пучком, литография наноимпринтов, осаждение атомных слоев и молекулярное осаждение из паровой фазы, а также включают методы молекулярной самосборки, такие как те, которые используют диблок-сополимеры. Предшественники этих методов предшествовали эре нанотехнологий и являются продолжением развития научных достижений, а не методами, которые были разработаны с единственной целью создания нанотехнологий и явились результатом исследований в области нанотехнологий.[65]

Подход «сверху вниз» предполагает, что наноустройства должны быть построены по частям поэтапно, так же как и промышленные изделия. Сканирующая зондовая микроскопия - важный метод как для характеристики, так и для синтеза наноматериалов. Атомно-силовые микроскопы и сканирующие туннельные микроскопы можно использовать для изучения поверхностей и перемещения атомов. Разрабатывая различные наконечники для этих микроскопов, они могут использоваться для вырезания структур на поверхностях и для управления самосборными структурами. При использовании, например, подхода к сканированию, ориентированного на признаки, атомы или молекулы можно перемещать по поверхности с помощью методов сканирующей зондовой микроскопии.[63][64] В настоящее время это дорого и требует много времени для массового производства, но очень подходит для лабораторных экспериментов.

Напротив, восходящие методы создают или увеличивают структуры, атом за атомом или молекулу за молекулой. Эти методы включают химический синтез, самосборка и позиционная сборка. Двойная поляризационная интерферометрия является одним из инструментов, подходящих для определения характеристик самособирающихся тонких пленок. Другой вариант восходящего подхода: молекулярно-лучевая эпитаксия или МБЭ. Исследователи из Bell Telephone Laboratories как Джон Р. Артур. Альфред Ю. Чо и Арт К. Госсард разработали и внедрили MBE в качестве исследовательского инструмента в конце 1960-х и 1970-х годах. Образцы, изготовленные методом МБЭ, сыграли ключевую роль в открытии дробного квантового эффекта Холла, за который в 1998 году была присуждена Нобелевская премия по физике. MBE позволяет ученым создавать слои атомов с атомарной точностью и в процессе этого создавать сложные структуры. Важный для исследований полупроводников, MBE также широко используется для изготовления образцов и устройств для новой области спинтроника.

Однако новые терапевтические продукты, основанные на чувствительных наноматериалах, таких как сверхдеформируемые, чувствительные к стрессу Трансферсом везикулы, находятся в стадии разработки и уже одобрены для использования людьми в некоторых странах.[66]

Исследования и разработки

Смотрите также: Мировые показатели интеллектуальной собственности

Из-за множества потенциальных применений (включая промышленное и военное) правительства вложили миллиарды долларов в исследования в области нанотехнологий. До 2012 года США инвестировали 3,7 млрд долларов за счет своих Национальная нанотехнологическая инициатива Европейский Союз инвестировал 1,2 миллиарда долларов, а Япония - 750 миллионов долларов.[67] Более шестидесяти стран создали нанотехнологии исследования и разработки (НИОКР) в период с 2001 по 2004 год. В 2012 году США и ЕС инвестировали 2,1 миллиарда долларов по исследованиям в области нанотехнологий, за которой следует Япония с 1,2 миллиарда долларов. Достигнуты глобальные инвестиции 7,9 млрд долларов в 2012 году. Государственное финансирование было превышено корпоративными расходами на НИОКР на исследования в области нанотехнологий, которые были 10 миллиардов долларов в 2012 году. Крупнейшие корпоративные инвесторы в НИОКР были из США, Японии и Германии, на которые приходилось совокупно 7,1 миллиарда долларов.[32]

Ведущие научно-исследовательские организации в области нанотехнологий по количеству патентов (1970–2011 гг.)[32]
КлассифицироватьОрганизацияСтранаПервые патенты
1Samsung ElectronicsЮжная Корея2,578
2Nippon Steel и Sumitomo MetalЯпония1,490
3IBMСоединенные Штаты1,360
4ToshibaЯпония1,298
5Canon Inc.Япония1,162
6HitachiЯпония1,100
7Калифорнийский университет в БерклиСоединенные Штаты1,055
8PanasonicЯпония1,047
9Hewlett PackardСоединенные Штаты880
10TDKЯпония839
Ведущие научно-исследовательские организации в области нанотехнологий по количеству научных публикаций (1970–2012 гг.)[32]
КлассифицироватьОрганизацияСтранаНаучные публикации
1Китайская Академия НаукКитай29,591
2Российская Академия НаукРоссия12,543
3Национальный центр научных исследованийФранция8,105
4Токийский университетЯпония6,932
5Осакский университетЯпония6,613
6Университет ТохокуЯпония6,266
7Калифорнийский университет в БерклиСоединенные Штаты5,936
8Испанский национальный исследовательский советИспания5,585
9Университет ИллинойсаСоединенные Штаты5,580
10Массачусетский технологический институтСоединенные Штаты5,567

Приложения

Одно из основных приложений нанотехнологий - в области наноэлектроника с МОП-транзистор состоит из маленьких нанопровода ≈10 нм в длину. Вот симуляция такой нанопроволоки.
Наноструктуры придают этой поверхности супергидрофобность, что позволяет капли воды скатиться наклонная плоскость.
Нанопроволочные лазеры для сверхбыстрой передачи информации в световых импульсах
Основная статья: Список приложений нанотехнологий

По состоянию на 21 августа 2008 г. Проект по новым нанотехнологиям По оценкам, более 800 нанотехнологических продуктов, определенных производителем, являются общедоступными, а новые появляются на рынке со скоростью 3-4 в неделю.[27] В проекте перечислены все продукты в общедоступной онлайн-базе данных. Большинство применений ограничиваются использованием пассивных наноматериалов «первого поколения», которые включают диоксид титана в солнцезащитных кремах, косметике, покрытиях поверхностей,[68] и некоторые продукты питания; Аллотропы углерода, используемые для производства лента геккона; серебро в пищевой упаковке, одежде, дезинфицирующих средствах и бытовой технике; оксид цинка в солнцезащитных кремах и косметике, покрытиях поверхностей, красках и лаках для уличной мебели; и оксид церия в качестве топливного катализатора.[26]

Дальнейшие приложения позволяют теннисные мячи длиться дольше, мячи для гольфа лететь прямее, и даже шары для боулинга чтобы стать более прочным и иметь более твердую поверхность. Брюки и носки были пропитаны нанотехнологиями, чтобы они прослужили дольше и сохраняли прохладу летом. Повязки наполняются наночастицами серебра, чтобы быстрее заживать порезы.[69] Приставки для видеоигр и персональные компьютеры может стать дешевле, быстрее и содержать больше памяти благодаря нанотехнологиям.[70] Кроме того, для создания структур на кристалле со светом, например на кристалле оптической квантовой обработки информации и пикосекундной передачи информации.[71]

Нанотехнологии могут сделать существующие медицинские приложения дешевле и проще в использовании в таких местах, как терапевт в офисе и дома.[72] Автомобили производятся с наноматериалы так что им может понадобиться меньше металлы и менее топливо работать в будущем.[73]

Сейчас ученые обращаются к нанотехнологиям в попытке разработать дизельные двигатели с более чистыми выхлопными газами. Платина в настоящее время используется в качестве дизельного двигателя. катализатор в этих двигателях. Катализатор - это то, что очищает частицы выхлопных газов. Сначала используется катализатор восстановления, чтобы отобрать атомы азота из молекул NOx, чтобы освободить кислород. Затем катализатор окисления окисляет углеводороды и монооксид углерода с образованием диоксида углерода и воды.[74] Платина используется как в катализаторах восстановления, так и в катализаторах окисления.[75] Однако использование платины неэффективно, поскольку является дорогостоящим и неустойчивым. Датская компания InnovationsFonden инвестировала 15 миллионов датских крон в поиск новых заменителей катализаторов с использованием нанотехнологий. Цель проекта, запущенного осенью 2014 года, - максимально увеличить площадь поверхности и минимизировать количество необходимого материала. Объекты стремятся минимизировать свою поверхностную энергию; две капли воды, например, соединятся, образуя одну каплю и уменьшив площадь поверхности. Если площадь поверхности катализатора, которая подвергается воздействию выхлопных газов, максимальна, эффективность катализатора максимальна. Команда, работающая над этим проектом, стремится создать наночастицы, которые не будут сливаться. Каждый раз, когда поверхность оптимизируется, материал сохраняется. Таким образом, создание этих наночастиц повысит эффективность получаемого катализатора дизельного двигателя, что в свою очередь приведет к более чистым выхлопным газам, и снизит стоимость. В случае успеха команда надеется сократить использование платины на 25%.[76]

Нанотехнологии также играют важную роль в быстро развивающейся области Тканевая инженерия. При разработке каркасов исследователи пытаются имитировать наноразмерные особенности клетка микросреда, чтобы направить ее дифференциацию по подходящей линии.[77] Например, при создании каркасов для поддержки роста костей исследователи могут имитировать остеокласт ямки рассасывания.[78]

Исследователи успешно использовали ДНК оригами на основе наноботов, способных выполнять логические функции для достижения адресной доставки лекарств тараканам. Говорят, что вычислительную мощность этих наноботов можно увеличить до вычислительной мощности Коммодор 64.[79]

Наноэлектроника

Основная статья: Наноэлектроника
Смотрите также: FinFET, Изготовление полупроводниковых приборов, и Количество транзисторов

Коммерческий наноэлектроника изготовление полупроводниковых приборов началось в 2010-х. В 2013, SK Hynix начал коммерческое серийное производство 16 нм процесс,[80] TSMC начато производство 16 нм FinFET процесс,[81] и Samsung Electronics начал производство 10 нм процесс.[82] TSMC начал производство 7 нм процесс в 2017 году,[83] и Samsung начали производство 5 нм процесс в 2018 году.[84] В 2019 году Samsung объявила о планах по серийному производству 3 нм GAAFET к 2021 году.[85]

Промышленное производство наноэлектроники полупроводниковая память тоже началось в 2010-х. В 2013, SK Hynix начал массовое производство 16 нм NAND flash объем памяти,[80] и Samsung начал производство 10 нм многоуровневая ячейка (MLC) Флэш-память NAND.[82] В 2017 г. TSMC начал производство SRAM память с использованием 7 нм процесс.[83]

Подразумеваемое

Основная статья: Последствия нанотехнологий

Обеспокоенность вызывает то влияние, которое промышленное производство и использование наноматериалов окажет на здоровье человека и окружающую среду, как предполагает нанотоксикология исследование. По этим причинам некоторые группы выступают за то, чтобы нанотехнологии регулировались государством. Другие возражают, что чрезмерное регулирование может задушить научные исследования и разработку полезных инноваций. Здравоохранение исследовательские агентства, такие как Национальный институт охраны труда и здоровья активно проводят исследования потенциальных последствий для здоровья в результате воздействия наночастиц.[86][87]

Некоторые продукты с наночастицами могут иметь непреднамеренные последствия. Исследователи обнаружили, что бактериостатический Наночастицы серебра, используемые в носках для уменьшения запаха ног, выделяются при стирке.[88] Эти частицы затем сбрасываются в поток сточных вод и могут уничтожить бактерии, которые являются критически важными компонентами природных экосистем, ферм и процессов обработки отходов.[89]

Общественные обсуждения восприятие риска в США и Великобритании, проведенный Центром нанотехнологий в обществе, показал, что участники более положительно относятся к нанотехнологиям для энергетических приложений, чем для приложений здравоохранения, при этом приложения для здравоохранения поднимают моральные и этические дилеммы, такие как стоимость и доступность.[90]

Свидетели свидетельствовали эксперты, в том числе директор проекта Центра Вудро Вильсона по новым нанотехнологиям Дэвид Рейески.[91] что успешная коммерциализация зависит от надлежащего надзора, стратегии исследования рисков и участия общественности. Беркли, Калифорния в настоящее время является единственным городом в США, где регулируются нанотехнологии;[92] Кембридж, Массачусетс в 2008 году рассматривал принятие аналогичного закона,[93] но в конечном итоге отверг его.[94] В течение следующих нескольких десятилетий применения нанотехнологий, вероятно, будут включать компьютеры с гораздо большей производительностью, активные материалы различных типов и биомедицинские устройства клеточного масштаба.[12]

Проблемы здоровья и окружающей среды

Видео о последствиях нанотехнологий для здоровья и безопасности.
Основные статьи: Опасности для здоровья и безопасности наноматериалов и Загрязнение от наноматериалов

Нановолокна используются в нескольких областях и в различных продуктах, от крыльев самолетов до теннисных ракеток. Вдыхание переносимых по воздуху наночастиц и нановолокон может привести к появлению ряда легочные заболевания, например фиброз.[95] Исследователи обнаружили, что когда крысы вдыхали наночастицы, частицы оседали в головном мозге и легких, что приводило к значительному увеличению биомаркеров воспаления и стрессовой реакции.[96] и что наночастицы вызывают старение кожи из-за окислительного стресса у безволосых мышей.[97][98]

Двухлетнее исследование в Школе общественного здравоохранения Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе показало, что лабораторные мыши, потребляющие нанодиоксид титана, показали повреждение ДНК и хромосом до степени, «связанной со всеми основными убийцами человека, а именно раком, сердечными заболеваниями, неврологическими заболеваниями и старением».[99]

Крупное исследование, опубликованное недавно в Природа Нанотехнологии предполагает, что некоторые формы углеродных нанотрубок - пример «революции нанотехнологий» - могут быть столь же вредными, как асбест при вдыхании в достаточном количестве. Энтони Ситон Института медицины труда в Эдинбурге, Шотландия, который участвовал в написании статьи о углеродные нанотрубки сказал: «Мы знаем, что некоторые из них, вероятно, потенциально могут вызвать мезотелиому. Так что с такими материалами нужно обращаться очень осторожно».[100] В отсутствие конкретных нормативных требований, поступающих от правительств, Пол и Лайонс (2008) призвали исключить из пищевых продуктов искусственно созданные наночастицы.[101] В газетной статье сообщается, что у рабочих лакокрасочного завода развилось серьезное заболевание легких, и в их легких были обнаружены наночастицы.[102][103][104][105]

Регулирование

Основная статья: Регулирование нанотехнологий

Призывы к более жесткому регулированию нанотехнологий прозвучали одновременно с растущими дебатами, касающимися рисков для здоровья и безопасности людей, связанных с нанотехнологиями.[106] Существуют серьезные споры о том, кто отвечает за регулирование нанотехнологий. Некоторые регулирующие органы в настоящее время охватывают некоторые продукты и процессы нанотехнологий (в разной степени) - «привязывая» нанотехнологии к существующим правилам - в этих режимах есть явные пробелы.[107] Дэвис (2008) предложил нормативную дорожную карту, описывающую шаги по устранению этих недостатков.[108]

Заинтересованные стороны, обеспокоенные отсутствием нормативно-правовой базы для оценки и контроля рисков, связанных с выпуском наночастиц и нанотрубок, провели параллели с губчатая энцефалопатия ("коровье бешенство), талидомид, генетически модифицированная пища,[109] ядерная энергия, репродуктивные технологии, биотехнологии и асбестоз. Доктор Эндрю Мейнард, главный научный советник проекта Центра Вудро Вильсона по новым нанотехнологиям, заключает, что на исследования в области здоровья и безопасности человека не хватает финансирования, и в результате в настоящее время существует ограниченное понимание рисков для здоровья и безопасности человека, связанных с нанотехнологиями. .[110] В результате некоторые ученые призвали к более строгому применению Принцип предосторожности, с задержкой утверждения маркетинга, усиленной маркировкой и дополнительными требованиями к разработке данных о безопасности в отношении определенных форм нанотехнологий.[111][112]

Отчет Королевского общества[24] выявил риск высвобождения наночастиц или нанотрубок во время утилизации, уничтожения и переработки и рекомендовал, чтобы "производители продуктов, подпадающих под расширенные режимы ответственности производителей, такие как правила по окончанию срока службы, публиковали процедуры, описывающие, как эти материалы будут обрабатываться для минимизации возможных воздействие на человека и окружающую среду »(стр. xiii).

Центр нанотехнологий в обществе обнаружил, что люди реагируют на нанотехнологии по-разному, в зависимости от приложения. публичные обсуждения более положительно в отношении нанотехнологий для энергетики, чем для приложений здравоохранения - это предполагает, что любые публичные призывы к регулированию нанотехнологий могут отличаться в зависимости от технологического сектора.[90]

Смотрите также

Основная статья: Краткое описание нанотехнологий

Рекомендации

  1. ^ Дрекслер, К. Эрик (1986). Двигатели созидания: грядущая эра нанотехнологий. Doubleday. ISBN  978-0-385-19973-5.
  2. ^ Дрекслер, К. Эрик (1992). Наносистемы: молекулярная техника, производство и вычисления. Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья. ISBN  978-0-471-57547-4.
  3. ^ Хублер, А. (2010). «Цифровые квантовые батареи: хранение энергии и информации в массивах нановакуумных трубок». Сложность. 15 (5): 48–55. Дои:10.1002 / cplx.20306. S2CID  6994736.
  4. ^ Шинн, Э. (2012). «Преобразование ядерной энергии с помощью стопок графеновых наноконденсаторов». Сложность. 18 (3): 24–27. Bibcode:2013Cmplx..18c..24S. Дои:10.1002 / cplx.21427. S2CID  35742708.
  5. ^ Элишаков И., Д. Пентарас, К. Дуджат, К. Версачи, Г. Мусколино, Дж. Сторч, С. Букас, Н. Чалламель, Т. Нацуки, Ю.Ю. Чжан, К. Ван и Г. Гизелинк, Углеродные нанотрубки и нанодатчики: вибрации, коробление и баллистический удар, ISTE-Wiley, Лондон, 2012 г., XIII + стр. 421; ISBN  978-1-84821-345-6.
  6. ^ Лион, Дэвид; и другие. (2013). «Зависимость диэлектрической прочности нано-вакуумных зазоров от размера зазора». IEEE Transactions по диэлектрикам и электроизоляции. 20 (4): 1467–1471. Дои:10.1109 / TDEI.2013.6571470. S2CID  709782.
  7. ^ Шайни, Раджив; Шайни, Сантош; Шарма, Суганда (2010). «Нанотехнологии: медицина будущего». Журнал кожной и эстетической хирургии. 3 (1): 32–33. Дои:10.4103/0974-2077.63301. ЧВК  2890134. PMID  20606992.
  8. ^ Белкин, А .; и другие. (2015). «Самособирающиеся шевелящиеся наноструктуры и принцип максимального производства энтропии». Sci. Представитель. 5: 8323. Bibcode:2015НатСР ... 5Э8323Б. Дои:10.1038 / srep08323. ЧВК  4321171. PMID  25662746.
  9. ^ Buzea, C .; Пачеко, I. I .; Робби, К. (2007). «Наноматериалы и наночастицы: источники и токсичность». Биоинтерфазы. 2 (4): MR17 – MR71. arXiv:0801.3280. Дои:10.1116/1.2815690. PMID  20419892. S2CID  35457219.
  10. ^ Зе, Саймон М. (2002). Полупроводниковые приборы: физика и технологии (PDF) (2-е изд.). Wiley. п. 4. ISBN  0-471-33372-7.
  11. ^ Паса, Андре Авелино (2010). "Глава 13: Металлический транзистор на основе нанослоя". Справочник по нанофизике: наноэлектроника и нанофотоника. CRC Press. С. 13–1, 13–4. ISBN  9781420075519.
  12. ^ а б Вольфрам, Стивен (2002). Новый вид науки. Wolfram Media, Inc. стр.1193. ISBN  978-1-57955-008-0.
  13. ^ Binnig, G .; Рорер, Х. (1986). «Сканирующая туннельная микроскопия». Журнал исследований и разработок IBM. 30 (4): 355–69.
  14. ^ "Пресс-релиз: Нобелевская премия по физике 1986 г.". Nobelprize.org. 15 октября 1986 г. В архиве из оригинала 5 июня 2011 г.. Получено 12 мая 2011.
  15. ^ Kroto, H.W .; Heath, J. R .; O'Brien, S.C .; Curl, R. F .; Смолли Р. Э. (1985). "C60: Бакминстерфуллерен ". Природа. 318 (6042): 162–163. Bibcode:1985Натура.318..162K. Дои:10.1038 / 318162a0. S2CID  4314237.
  16. ^ Adams, W. W .; Баумэн, Р. Х. (2005). "РЕТРОСПЕКТИВА: Ричард Э. Смолли (1943-2005)". Наука. 310 (5756): 1916. Дои:10.1126 / science.1122120. PMID  16373566.
  17. ^ Монтиу, Марк; Кузнецов, В (2006). «Кому следует отдать должное за открытие углеродных нанотрубок?» (PDF). Углерод. 44 (9): 1621–1623. Дои:10.1016 / j.carbon.2006.03.019.
  18. ^ Давари, Биджан; Тинг, Чунг-Ю; Ahn, Kie Y .; Basavaiah, S .; Ху, Чао-Кун; Таур, Юань; Wordeman, Matthew R .; Aboelfotoh, O .; Крусин-Эльбаум, Л .; Джоши, Раджив В .; Полкари, Майкл Р. (1987). «Субмикронный МОП-транзистор с вольфрамовым затвором и оксидом затвора 10 нм». 1987 Симпозиум по технологии СБИС. Сборник технических статей: 61–62.
  19. ^ а б Цу ‐ Джэ Кинг, Лю (11 июня 2012 г.). «FinFET: история, основы и будущее». Калифорнийский университет в Беркли. Симпозиум по технологии СБИС Краткий курс. Получено 9 июля 2019.
  20. ^ Колиндж, Дж. П. (2008). FinFET и другие транзисторы с несколькими затворами. Springer Science & Business Media. п. 11. ISBN  9780387717517.
  21. ^ Hisamoto, D .; Кага, Т .; Kawamoto, Y .; Такеда, Э. (декабрь 1989 г.). «Полностью обедненный транзистор с обедненным каналом (ДЕЛЬТА) - новый вертикальный ультратонкий КНИ МОП-транзистор». Международный технический дайджест по электронным устройствам: 833–836. Дои:10.1109 / IEDM.1989.74182. S2CID  114072236.
  22. ^ «Получатели премии IEEE Andrew S. Grove Award». Премия IEEE Эндрю С. Гроув. Институт инженеров по электротехнике и электронике. Получено 4 июля 2019.
  23. ^ «Прорывное преимущество для ПЛИС с технологией Tri-Gate» (PDF). Intel. 2014. Получено 4 июля 2019.
  24. ^ а б «Нанонаука и нанотехнологии: возможности и неопределенности». Королевское общество и Королевская инженерная академия. Июль 2004 г. Архивировано с оригинал 26 мая 2011 г.. Получено 13 мая 2011.
  25. ^ «Нанотехнологии: Дрекслер и Смолли выступают за и против« молекулярных ассемблеров ».'". Новости химии и машиностроения. 81 (48): 37–42. 1 декабря 2003 г. Дои:10.1021 / cen-v081n036.p037. Получено 9 мая 2010.
  26. ^ а б «Информационный центр по нанотехнологиям: свойства, применение, исследования и рекомендации по безопасности». Американские элементы. В архиве из оригинала 26 декабря 2014 г.. Получено 13 мая 2011.
  27. ^ а б «Анализ: это первая общедоступная онлайн-инвентаризация потребительских товаров на основе нанотехнологий». Проект «Новые нанотехнологии». 2008 г. В архиве из оригинала 5 мая 2011 г.. Получено 13 мая 2011.
  28. ^ «Дорожная карта технологий производительных наносистем» (PDF). В архиве (PDF) из оригинала от 08.09.2013.
  29. ^ «Проект НАСА дорожной карты нанотехнологий» (PDF). В архиве (PDF) из оригинала от 22 января 2013 г.
  30. ^ «Тихая комната на дне (нанометровый транзистор, разработанный Ян-кю Чой из Корейского передового института науки и технологий)», Новости наночастиц, 1 апреля 2006 г., архивировано из оригинал 6 ноября 2012 г.
  31. ^ Ли, Хёнджин; и другие. (2006), «Sub-5nm All-Around Gate FinFET для максимального масштабирования», Симпозиум по технологии СБИС, 2006 г.: 58–59, Дои:10.1109 / VLSIT.2006.1705215, HDL:10203/698, ISBN  978-1-4244-0005-8, S2CID  26482358
  32. ^ а б c d Мировой доклад об интеллектуальной собственности: прорывные инновации и экономический рост (PDF). Всемирная организация интеллектуальной собственности. 2015. С. 112–4.. Получено 9 июля 2019.
  33. ^ Allhoff, Fritz; Лин, Патрик; Мур, Дэниел (2010). Что такое нанотехнологии и почему они важны?: От науки к этике. Джон Уайли и сыновья. С. 3–5. ISBN  978-1-4051-7545-6.
  34. ^ Прасад, С. К. (2008). Современные концепции нанотехнологий. Издательство Discovery. С. 31–32. ISBN  978-81-8356-296-6.
  35. ^ а б Кан, Дженнифер (2006). «Нанотехнологии». Национальная география. 2006 (Июнь): 98–119.
  36. ^ а б Краль, Славко; Маковец, Дарко (27 октября 2015 г.). «Магнитная сборка суперпарамагнитных кластеров наночастиц оксида железа в наноцепи и наноразучки». САУ Нано. 9 (10): 9700–9707. Дои:10.1021 / acsnano.5b02328. PMID  26394039.
  37. ^ Роджерс, П. (2006). «Наноэлектроника: единый файл». Природа Нанотехнологии. Дои:10.1038 / nnano.2006.5.
  38. ^ Любик Н; Беттс, Келлин (2008). «Серебряные носки имеют мутную подкладку». Environ Sci Technol. 42 (11): 3910. Bibcode:2008EnST ... 42.3910L. Дои:10.1021 / es0871199. PMID  18589943.
  39. ^ Феникс, Крис (март 2005) Нанотехнологии: развитие молекулярного производства В архиве 2005-09-01 на Wayback Machine. crnano.org
  40. ^ "Некоторые статьи К. Эрика Дрекслера". imm.org. В архиве из оригинала от 11 апреля 2006 г.
  41. ^ Карло Монтеманьо, доктор философии В архиве 2011-09-17 на Wayback Machine Калифорнийский институт наносистем
  42. ^ «История с обложки - Нанотехнологии». Новости химии и техники. 81 (48): 37–42. 1 декабря 2003 г.
  43. ^ Реган, Британская Колумбия; Алони, S; Дженсен, К; Ричи, штат Вашингтон; Зеттл, А (2005). «Наномотор на нанокристаллах» (PDF). Нано буквы. 5 (9): 1730–3. Bibcode:2005NanoL ... 5.1730R. Дои:10.1021 / nl0510659. OSTI  1017464. PMID  16159214. Архивировано из оригинал (PDF) 10 мая 2006 г.
  44. ^ Regan, B.C .; Aloni, S .; Jensen, K .; Зеттл, А. (2005). "Осциллятор наноэлектромеханической релаксации, управляемый поверхностным натяжением" (PDF). Письма по прикладной физике. 86 (12): 123119. Bibcode:2005АпФЛ..86л3119Р. Дои:10.1063/1.1887827. В архиве (PDF) из оригинала 26.05.2006.
  45. ^ Goodman, R.P .; Schaap, I.A.T .; Tardin, C.F .; Erben, C.M .; Berry, R.M .; Schmidt, C.F .; Турберфилд, А.Дж. (9 декабря 2005 г.). «Быстрая хиральная сборка жестких строительных блоков ДНК для молекулярного нанопроизводства». Наука. 310 (5754): 1661–1665. Bibcode:2005Наука ... 310.1661G. Дои:10.1126 / наука.1120367. PMID  16339440. S2CID  13678773.
  46. ^ «Беспроводные нанокристаллы эффективно излучают видимый свет». В архиве из оригинала 14 ноября 2012 г.. Получено 5 августа 2015.
  47. ^ Narayan, R.J .; Kumta, P.N .; Sfeir, Ch .; Ли, д-р; Choi, D .; Олтон, Д. (2004). «Наноструктурированная керамика в медицинских изделиях: применение и перспективы». JOM. 56 (10): 38–43. Bibcode:2004JOM .... 56j..38N. Дои:10.1007 / s11837-004-0289-х. S2CID  137324362.
  48. ^ Чо, Хонгсик; Пинхассик, Евгений; Давид, Валентин; Стюарт, Джон; Поспешный, Карен (31 мая 2015 г.).«Обнаружение раннего повреждения хряща с использованием целевых наносом на мышиной модели посттравматического остеоартрита». Наномедицина: нанотехнологии, биология и медицина. 11 (4): 939–946. Дои:10.1016 / j.nano.2015.01.011. PMID  25680539.
  49. ^ Керативитаянан, Пуньяви; Кэрроу, Джеймс К .; Гахарвар, Ахилеш К. (май 2015 г.). «Наноматериалы для инженерных ответов стволовых клеток». Передовые медицинские материалы. 4 (11): 1600–27. Дои:10.1002 / adhm.201500272. PMID  26010739.
  50. ^ Gaharwar, A.K .; Sant, S .; Hancock, M.J .; Hacking, S.A., ред. (2013). Наноматериалы в тканевой инженерии: изготовление и применение. Оксфорд: издательство Woodhead Publishing. ISBN  978-0-85709-596-1.
  51. ^ Gaharwar, A.K .; Peppas, N.A .; Хадемхоссейни, А. (март 2014 г.). «Нанокомпозитные гидрогели для биомедицинского применения». Биотехнологии и биоинженерия. 111 (3): 441–53. Дои:10.1002 / бит. 25160. ЧВК  3924876. PMID  24264728.
  52. ^ Левинс, Кристофер Г .; Шафмайстер, Кристиан Э. (2006). «Синтез криволинейных и линейных структур из минимального набора мономеров». ХимИнформ. 37 (5). Дои:10.1002 / подбородок.200605222.
  53. ^ «Приложения / Продукты». Национальная нанотехнологическая инициатива. Архивировано из оригинал на 2010-11-20. Получено 2007-10-19.
  54. ^ «Нобелевская премия по физике 2007 г.». Nobelprize.org. В архиве из оригинала от 05.08.2011. Получено 2007-10-19.
  55. ^ Das S, Gates AJ, Abdu HA, Rose GS, Picconatto CA, Ellenbogen JC (2007). «Конструкции для сверхминиатюрных специализированных наноэлектронных схем». Транзакции IEEE в схемах и системах I. 54 (11): 2528–2540. Дои:10.1109 / TCSI.2007.907864. S2CID  13575385.
  56. ^ Машаги, С .; Jadidi, T .; Koenderink, G .; Машаги, А. (2013). «Липидная нанотехнология». Int. J. Mol. Наука. 2013 (14): 4242–4282. Дои:10.3390 / ijms14024242. ЧВК  3588097. PMID  23429269.
  57. ^ Хоган, К. Майкл (2010) "Вирус" В архиве 2011-10-16 на Wayback Machine в Энциклопедия Земли. Национальный совет по науке и окружающей среде. ред. С. Драгган и К. Кливленд
  58. ^ Кубик Т, Богуня-Кубик К, Сугисака М (2005). «Дежурные нанотехнологии в медицине». Curr Pharm Biotechnol. 6 (1): 17–33. Дои:10.2174/1389201053167248. PMID  15727553.
  59. ^ Лири, ИП; Лю, CY; Апуццо, ML (2006). «К появлению нанонейрохирургии: Часть III-Наномедицина: нацеленная нанотерапия, нанохирургия и прогресс в реализации нанонейрохирургии». Нейрохирургия. 58 (6): 1009–1026. Дои:10.1227 / 01.NEU.0000217016.79256.16. PMID  16723880. S2CID  33235348.
  60. ^ Cavalcanti, A .; Ширинзаде, Б .; Freitas, R .; Кретли, Л. (2007). «Архитектура медицинских нанороботов на основе нанобиоэлектроники». Последние патенты на нанотехнологии. 1 (1): 1–10. Дои:10.2174/187221007779814745. PMID  19076015. S2CID  9807497.
  61. ^ Boukallel M, Gauthier M, Dauge M, Piat E, Abadie J (2007). «Умные микророботы для механической характеристики клеток и их сопровождения» (PDF). IEEE Trans. Биомед. Англ.. 54 (8): 1536–40. Дои:10.1109 / TBME.2007.891171. PMID  17694877. S2CID  1119820.
  62. ^ "Международный взгляд на государственное финансирование нанотехнологий в 2005 году" (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 31 января 2012 г.
  63. ^ а б Лапшин, Р. В. (2004). «Методология объектно-ориентированного сканирования для зондовой микроскопии и нанотехнологий» (PDF). Нанотехнологии. 15 (9): 1135–1151. Bibcode:2004Нанот..15.1135Л. Дои:10.1088/0957-4484/15/9/006. В архиве из оригинала от 09.09.2013.
  64. ^ а б Лапшин, Р. В. (2011). «Функциональная сканирующая зондовая микроскопия». В Х. С. Налва (ред.). Энциклопедия нанонауки и нанотехнологий (PDF). 14. США: Американские научные издательства. С. 105–115. ISBN  978-1-58883-163-7. В архиве из оригинала от 09.09.2013.
  65. ^ Кафшгари, MH; Voelcker, NH; Хардинг, Ф.Дж. (2015). «Применение наноструктур нульвалентного кремния в биомедицине». Наномедицина (Лондон). 10 (16): 2553–71. Дои:10.2217 / нм.15.91. PMID  26295171.
  66. ^ Раджан, Решми; Хосе, Шома; Мукунд, В. П. Биджу; Васудеван, Дипа Т. (01.01.2011). «Трансферосомы - везикулярная трансдермальная система доставки для улучшения проникновения лекарственного средства». Журнал передовых фармацевтических технологий и исследований. 2 (3): 138–143. Дои:10.4103/2231-4040.85524. ЧВК  3217704. PMID  22171309.
  67. ^ Применение нанотехнологий для увеличения промышленного и сельскохозяйственного производства В архиве 2012-04-26 в Wayback Machine, The Daily Star (Бангладеш), 17 апреля 2012 г.
  68. ^ Куртоглу М. Э .; Longenbach T .; Реддингтон П .; Гогоци Ю. (2011). «Влияние температуры прокаливания и окружающей среды на фотокаталитические и механические свойства ультратонких пленок золь-гелевого диоксида титана». Журнал Американского керамического общества. 94 (4): 1101–1108. Дои:10.1111 / j.1551-2916.2010.04218.x.
  69. ^ «Нанотехнологии потребительских товаров». nnin.org. 2010. В архиве с оригинала 19 января 2012 г.. Получено 23 ноября, 2011.
  70. ^ Нано в вычислительной технике и электронике В архиве 2011-11-14 на Wayback Machine на NanoandMe.org
  71. ^ Mayer, B .; Janker, L .; Loitsch, B .; Treu, J .; Костенбадер, Т .; Lichtmannecker, S .; Reichert, T .; Morkötter, S .; Канибер, М .; Abstreiter, G .; Gies, C .; Koblmüller, G .; Финли, Дж. Дж. (2015). «Монолитно интегрированные нанопроволочные лазеры с высоким коэффициентом β на кремнии». Нано буквы. 16 (1): 152–156. Bibcode:2016НаноЛ..16..152М. Дои:10.1021 / acs.nanolett.5b03404. PMID  26618638.
  72. ^ Нано в медицине В архиве 2011-11-14 на Wayback Machine на NanoandMe.org
  73. ^ Нано в транспорте В архиве 2011-10-29 на Wayback Machine на NanoandMe.org
  74. ^ Каталитический конвертер на Wikipedia.org
  75. ^ Как работают каталитические нейтрализаторы В архиве 2014-12-10 на Wayback Machine на howstuffworks.com
  76. ^ Нанотехнологии для создания более чистых дизельных двигателей В архиве 2014-12-14 в Wayback Machine. RDmag.com. Сентябрь 2014 г.
  77. ^ Кэссиди, Джон В. (2014). «Нанотехнологии в регенерации сложных тканей». Информация о регенерации костей и тканей. 5: 25–35. Дои:10.4137 / BTRI.S12331. ЧВК  4471123. PMID  26097381.
  78. ^ Cassidy, J. W .; Робертс, Дж. Н .; Smith, C.A .; Робертсон, М .; Белый, К .; Биггс, М. Дж .; Oreffo, R.O.C .; Далби, М. Дж. (2014). «Ограничение остеогенного происхождения остеопрогениторами, культивируемыми на нанометровых рифленых поверхностях: роль созревания фокальной адгезии». Acta Biomaterialia. 10 (2): 651–660. Дои:10.1016 / j.actbio.2013.11.008. ЧВК  3907683. PMID  24252447. В архиве из оригинала 30.08.2017.
  79. ^ Amir, Y .; Ben-Ishay, E .; Левнер, Д .; Ittah, S .; Abu-Horowitz, A .; Бачелет, И. (2014). «Универсальные вычисления с помощью ДНК-оригами роботов в живом животном». Природа Нанотехнологии. 9 (5): 353–357. Bibcode:2014НатНа ... 9..353А. Дои:10.1038 / nnano.2014.58. ЧВК  4012984. PMID  24705510.
  80. ^ а б «История: 2010-е». SK Hynix. Получено 8 июля 2019.
  81. ^ «Технология 16/12 нм». TSMC. Получено 30 июн 2019.
  82. ^ а б "Samsung массового производства 128 ГБ 3-битной флэш-памяти MLC NAND". Оборудование Тома. 11 апреля 2013 г.. Получено 21 июн 2019.
  83. ^ а б «7нм технология». TSMC. Получено 30 июн 2019.
  84. ^ Шилов, Антон. «Samsung завершает разработку 5-нм технологического процесса EUV». www.anandtech.com. Получено 2019-05-31.
  85. ^ Армасу, Лучиан (11 января 2019 г.), «Samsung планирует массовое производство 3-нм чипов GAAFET в 2021 году», www.tomshardware.com
  86. ^ "CDC - Нанотехнологии - Тема безопасности и гигиены труда NIOSH". Национальный институт охраны труда и здоровья. 15 июня 2012 г. В архиве из оригинала 4 сентября 2015 г.. Получено 2012-08-24.
  87. ^ «CDC - Публикации и продукты NIOSH - Заполнение пробелов в знаниях для безопасной нанотехнологии на рабочем месте». Национальный институт охраны труда и здоровья. 7 ноября 2012 г. Дои:10.26616 / NIOSHPUB2013101. В архиве с оригинала 11 ноября 2012 г.. Получено 2012-11-08. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  88. ^ Любик, Н. Беттс, Келлин (2008). «Серебряные носки имеют мутную подкладку». Экологические науки и технологии. 42 (11): 3910. Bibcode:2008EnST ... 42.3910L. Дои:10.1021 / es0871199. PMID  18589943.
  89. ^ Мюррей Р.Г.Е. (1993) Достижения в области бактериальных паракристаллических поверхностных слоев. Т. Дж. Беверидж, С. Ф. Коваль (ред.). Пленум Пресс. ISBN  978-0-306-44582-8. С. 3–9.
  90. ^ а б Харторн, Барбара Херр (23 января 2009 г.) «Люди в США и Великобритании демонстрируют сильное сходство в своем отношении к нанотехнологиям» В архиве 2011-08-23 на Wayback Machine. Нанотехнологии сегодня.
  91. ^ Свидетельство Дэвида Рейески для комитета Сената США по торговле, науке и транспорту В архиве 2008-04-08 на Wayback Machine Проект «Новые нанотехнологии». Проверено 7 марта 2008.
  92. ^ ДельВеккио, Рик (24 ноября 2006 г.) Беркли рассматривает необходимость нанобезопасности В архиве 2008-04-09 на Wayback Machine. sfgate.com
  93. ^ Брей, Гайавата (26 января 2007 г.) Кембридж рассматривает нанотехнологические ограничения - город может имитировать устав Беркли В архиве 2008-05-11 на Wayback Machine. boston.com
  94. ^ Рекомендации для муниципальной политики в области здравоохранения и безопасности для наноматериалов: отчет для городского менеджера Кембриджа В архиве 2011-07-14 на Wayback Machine. nanolawreport.com. Июль 2008 г.
  95. ^ Byrne, J.D .; Боуг, Дж. А. (2008). «Значение наночастиц в индуцированном частицами фиброзе легких». McGill Journal of Medicine: MJM: Международный форум по продвижению медицинских наук студентами. 11 (1): 43–50. ЧВК  2322933. PMID  18523535.
  96. ^ Старейшина, А. (2006). Крошечные вдыхаемые частицы легко проходят путь от носа к мозгу. urmc.rochester.edu В архиве 21 сентября 2006 г. Wayback Machine
  97. ^ Ву, Дж; Лю, Вт; Сюэ, С; Чжоу, S; Lan, F; Bi, L; Сюй, Н; Ян, Х; Цзэн, Ф. Д. (2009). «Токсичность и проникновение наночастиц TiO2 в лысых мышей и свиную кожу после субхронического воздействия на кожу». Письма токсикологии. 191 (1): 1–8. Дои:10.1016 / j.toxlet.2009.05.020. PMID  19501137.
  98. ^ Jonaitis, TS; Карта, JW; Магнусон, Б. (2010). «Обеспокоенность по поводу проникновения через кожу наноразмерного диоксида титана и исследования токсичности». Письма токсикологии. 192 (2): 268–9. Дои:10.1016 / j.toxlet.2009.10.007. PMID  19836437.
  99. ^ Шнайдер, Эндрю (24 марта 2010 г.) «На фоне блестящих обещаний нанотехнологий риски для здоровья растут» В архиве 26 марта 2010 г. Wayback Machine. Новости AOL
  100. ^ Вайс, Р. (2008).Влияние нанотрубок может привести к раку, говорится в исследовании. В архиве 2011-06-29 на Wayback Machine
  101. ^ Паулл, Дж. И Лайонс, К. (2008). «Нанотехнологии: следующий вызов для органики» (PDF). Журнал органических систем. 3: 3–22. В архиве (PDF) из оригинала от 18.07.2011.
  102. ^ Смит, Ребекка (19 августа 2009 г.). «Исследования показывают, что наночастицы, используемые в краске, могут убить». Телеграф. Лондон. В архиве из оригинала 15 марта 2010 г.. Получено 19 мая, 2010.
  103. ^ Нановолокна могут представлять опасность для здоровья В архиве 2012-08-25 в Wayback Machine. BBC. 2012-08-24
  104. ^ Schinwald, A .; Мерфи, Ф. А .; Прина-Мелло, А .; Польша, C. A .; Byrne, F .; Movia, D .; Glass, J. R .; Дикерсон, Дж. С .; Шульц, Д. А .; Jeffree, C.E .; MacNee, W .; Дональдсон, К. (2012). "Пороговая длина для вызванного волокном острого воспаления плевры: проливает свет на ранние события в мезотелиоме, индуцированной асбестом". Токсикологические науки. 128 (2): 461–470. Дои:10.1093 / toxsci / kfs171. PMID  22584686.
  105. ^ Является ли хроническое воспаление ключом к разгадке тайн рака? В архиве 2012-11-04 в Wayback Machine Scientific American. 2008-11-09
  106. ^ Кевин Роллинз (Nems Mems Works, LLC). «Регулирование нанобиотехнологий: предложение о саморегулировании с ограниченным надзором». Том 6 - Выпуск 2. В архиве из оригинала 14 июля 2011 г.. Получено 2 сентября 2010.
  107. ^ Боумен Д., Ходж Г. (2006). «Нанотехнологии: картирование необъятных границ регулирования». Фьючерсы. 38 (9): 1060–1073. Дои:10.1016 / j.futures.2006.02.017.
  108. ^ Дэвис, Дж. К. (2008). Надзор за нанотехнологиями: повестка дня для следующей администрации В архиве 2008-11-20 на Wayback Machine.
  109. ^ Роу, Г. (2005). «Трудности в оценке инициатив по вовлечению общественности: размышления об оценке Великобритании GM Nation? Общественные дебаты о трансгенных культурах». Общественное понимание науки (Представлена ​​рукопись). 14 (4): 331–352. Дои:10.1177/0963662505056611. S2CID  144572555.
  110. ^ Мейнард, А.Свидетельство доктора Эндрю Мейнарда для комитета Палаты представителей США по науке и технологиям. (2008-4-16). Проверено 24 ноября 2008. В архиве 29 мая 2008 г. Wayback Machine
  111. ^ Faunce, T .; Мюррей, К .; Nasu, H .; Боуман, Д. (2008). «Безопасность солнцезащитного крема: принцип предосторожности, Австралийское управление терапевтических товаров и наночастицы в солнцезащитных кремах». Наноэтика. 2 (3): 231–240. Дои:10.1007 / s11569-008-0041-z. S2CID  55719697.
  112. ^ Томас Фонс; Кэтрин Мюррей; Хитоши Насу и Дайана Боуман (24 июля 2008 г.). «Безопасность солнцезащитного крема: принцип предосторожности, Австралийское управление терапевтическими товарами и наночастицы в солнцезащитных кремах» (PDF). Springer Science + Business Media B.V. Получено 18 июн 2009.

внешняя ссылка