Нанотехнология, определения и понятия

Термин «нанотехнология» возник от присоединения приставки «нано» и объединяет различные направления в физике, химии, практическое использование их достижений, когда идет речь о размерах частиц в диапазоне 1-100 нм, 1 нм -10^-9м (в 100 тысяч раз меньше человеческого волоса).

Наука и технология в наномасштабе – это фундаментальное понимание и получаемые технологические преимущества в использовании новых физических, химических, биологических свойств систем промежуточных по размерам между атомами и молекулами и массивными материалами.

История: 1959 г  Нобелевский лауреат Р. Фейнман в лекции «Внизу полным полно места» высказал идею создания отдельных деталей и устройств способом «атомной укладки».

1986 г  Эрик Дрекслер в книге «Машины творения» предложил создать «молекулярные машины» и раскрыл их удивительные возможности.

С другой стороны к этому подвинуло развитие и уменьшение элементной базы микроэлектроники и достижения инструментальной техники исследования веществ:

1. Уменьшение размеров БИС до 100 нм и увеличение плотности магнитной записи до 100 Гбит/дюйм² привело к пределу возможностей существующих технологий – «глухой кирпичной стене». Так плотность 1 Терабита/см² требует промежутка 20 нм на 1 бит информации, что для существующих материалов невозможно.

2. Плотность записи на DVD в несколько десятков Гбит лимитируется диной волны используемого излучения для считывания (при более плотной записи оптическое считывание невозможно). Т.е. по быстродействию и степени интеграции функциональных элементов в ближайшие годы будет достигнут предел, определяемый известным законом физики.

3. С другой стороны появляются новые инструментарии для «манипуляции» атомами и молекулами.

1981 г – изобретение сканирующего электронного микроскопа. Суть его работы: супертонкий золотой зонд подводят на 1 мкм к поверхности. При этом возникает туннельный ток, величина которого зависит от рельефа и однородности поверхности. Это позволяет получать прямое «изображение».

Далее была сделана попытка использовать зонд в качестве «резца», подавая на него потенциал. В результате сотрудники ИМБ первыми могли сделать «атомную укладку», написав из 35 атомов Хе название фирмы.

С уменьшением размеров частиц до 100 нм и меньше изменится сопротивление, показатель преломления, прочность, Т_пл, магнитные свойства, оптические свойства. Появляются новые свойства (взрываемость, увеличивается каталитическая и реакционная способность и т.д.).

Это позволяет осуществить технологически прорывы и пробить возникшие «глухие стены» в таких областях как:

― получение новых конструкционных материалов;

― новые полупроводниковые материалы и функциональные элементы;

― создание интеллектуальных (самовосстанавливающихся) материалов;

― малоразмерные сверхчувствительные сенсоры;

― новые устройства записи информации;

― преобразование и хранение энергии;

― решение проблем рака, других заболеваний, путем доставки микрокапсул лекарственных веществ к очагу болезни;

― создание генетически измененных сельскохозяйственных культур и пород животных;

― регенерирование органов человека и т.д.