Продуктивные наносистемы - Productive nanosystems

Часть серии статей о
Молекулярный
нанотехнологии
  • Приложения Nuvola kalzium.svg Научный портал
  • Telecom-icon.svg Технологический портал

В Технологическая дорожная карта для продуктивных наносистем определяет "продуктивные наносистемы"как функциональный наноразмер системы это делает атомарно -указанный структуры и устройства под программный контроль, т.е. они выполняют атомарно точное производство. Такие устройства в настоящее время являются только гипотетическими, а производительные наносистемы представляют собой более продвинутый из нескольких подходов к атомно-точному производству. В 2015 году Департамент энергетики провел семинар по интегрированным наносистемам для атомно-точного производства.[1]

Современные технологии по-разному ограничены. Крупных структур атомарной точности (то есть практически бездефектных) не существует. Сложный 3D наноразмерные структуры существуют в виде свернутых линейных молекул, таких как ДНК оригами и белки. Также возможно построить очень маленькие структуры атомарной точности, используя сканирующая зондовая микроскопия построить молекулы, такие как FeCO[2] и Триангулен, или выполнить литографию депассивации водорода.[3] Но пока невозможно систематически комбинировать компоненты для создания более крупных и сложных систем.

Принципы физики и примеры из природы предполагают, что можно будет распространить производство с атомарной точностью на более сложные продукты большего размера, включая более широкий спектр материалов. Примером прогресса в этом направлении может быть Кристиан Шафмайстер работает над бис-пептиды.

Этапы развития нанотехнологий

Михаил Роко, один из архитекторов Национальной инициативы США по нанотехнологиям, предложил четыре состояния нанотехнологий, которые, кажется, параллельны техническому прогрессу промышленной революции, из которых продуктивные наносистемы являются наиболее продвинутыми.[4]

1. Пассивные наноструктуры - наночастицы и нанотрубки, которые обеспечивают дополнительную прочность, электрическую и теплопроводность, ударную вязкость, гидрофильность / фобность и / или другие свойства, которые вытекают из их наноразмерной структуры.

2. Активный наноустройства - наноструктуры, которые изменяют состояние для преобразования энергии, информации и / или выполнения полезных функций. Существуют некоторые споры о том, подходят ли современные интегральные схемы здесь, поскольку они работают, несмотря на возникающие наноразмерные свойства, а не из-за них. Следовательно, утверждается, что они не квалифицируются как «новые» наноразмерные свойства, даже если сами устройства имеют размер от одного до ста нанометров.

3. Комплекс наномашины - сборка различных наноустройств в наносистему для выполнения сложной функции. Некоторые утверждают, что Zettl машины попадают в эту категорию; другие утверждают, что современные микропроцессоры и ПЛИС тоже подходят.

4. Системы наносистем / Продуктивные наносистемы - это будут сложные наносистемы, которые производят детали атомарной точности для других наносистем, не обязательно с использованием новых наноразмерных свойств, но с хорошо изученными основами производства. Из-за дискретной (то есть атомной) природы материи и возможности экспоненциального роста этот этап рассматривается как основа еще одной промышленной революции. В настоящее время существует множество различных подходов к созданию продуктивных наносистем: в том числе нисходящие подходы, такие как Patterned атомно-слойная эпитаксия [5] и Алмазоид Механосинтез.[6] Существуют также восходящие подходы, такие как ДНК оригами и Бис-пептид Синтез.[7]

Пятый шаг, конвергенция информации / био / нано, был добавлен позже Roco. Это конвергенция трех самых революционных технологий, поскольку все живое состоит из атомов и информации.

Смотрите также

Лязгающий репликатор

Рибосома

Синтетическая биология

использованная литература

  1. ^ «Семинар« Интегрированные наносистемы для атомно-точного производства »- 5-6 августа 2015 | Министерство энергетики». www.energy.gov. Получено 2018-06-05.
  2. ^ «Формирование одинарной связи и определение характеристик с помощью сканирующего туннельного микроскопа | Researchgate». www.researchgate.com. Получено 2018-07-11.
  3. ^ «Производство с атомарной точностью: возможности, проблемы и влияние | Researchgate». www.researchgate.com. Получено 2018-07-16.
  4. ^ "Международный взгляд на государственное финансирование нанотехнологий в 2005 году" (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 31 января 2012 г.
  5. ^ "Презентация Zyvex Джона Рэндалла:" Производство с атомарной точностью произойдет: пример этого десятилетия " (PDF).
  6. ^ «Сотрудничество нанофабрик».
  7. ^ «Молекулярное лего», Шафмайстер, К. Э., Scientific American, 2007, 296, 76