Podejście odgórne i oddolne w nanotechnologii
Nanotechnologia to projektowanie, rozwijanie lub manipulowanie w skali nanometrowej (miliardowej części metra). Rozmiar obiektu transakcyjnego powinien być mniejszy niż sto nanometrów przynajmniej w jednym wymiarze, aby można było nazwać coś nanotechnologią. W nanotechnologii istnieją dwa podejścia do projektowania znane jako odgórne i oddolne. Oba podejścia są przydatne w różnych typach aplikacji.
Podejście odgórne
W podejściu odgórnym, obiekty w nanoskali powstają poprzez przetwarzanie większych obiektów. Produkcja układów scalonych jest przykładem odgórnej nanotechnologii. Teraz rozwinął się do poziomu wytwarzania nanosystemów elektromechanicznych (NEMS), w których drobne elementy mechaniczne, takie jak dźwignie, sprężyny i kanały płynowe wraz z obwodami elektronicznymi, są osadzone w maleńkim chipie. Materiałami wyjściowymi w tych wyrobach są stosunkowo duże struktury, takie jak kryształy krzemu. Litografia to technologia, która umożliwiła wykonanie tak maleńkich chipów, a jest ich wiele rodzajów, takich jak foto, wiązka elektronów i litografia jonów.
W niektórych zastosowaniach materiały o większej skali są mielone do skali nanometrycznej, aby zwiększyć stosunek powierzchni do objętości w celu uzyskania większej reaktywności. Nano złoto, nano srebro i nano dwutlenek tytanu to takie nanomateriały wykorzystywane w różnych zastosowaniach. Proces produkcji nanorurek węglowych z wykorzystaniem grafitu w piecu łukowym jest kolejnym przykładem nanotechnologii podejścia odgórnego.
Podejście od dołu do góry
Podejście oddolne w nanotechnologii polega na tworzeniu większych nanostruktur z mniejszych elementów budulcowych, takich jak atomy i molekuły. Samodzielny montaż, w którym pożądane struktury nano są samoczynnie składane bez żadnej zewnętrznej manipulacji. Kiedy rozmiar obiektu zmniejsza się w nanofabrykacji, podejście oddolne jest coraz ważniejszym uzupełnieniem technik odgórnych.
Podejście oddolne Nanotechnologię można znaleźć w naturze, gdzie systemy biologiczne wykorzystują siły chemiczne do tworzenia struktur potrzebnych do życia komórkom. Naukowcy i inżynierowie prowadzą badania, aby naśladować tę cechę natury, aby wytworzyć małe skupiska określonych atomów, które następnie mogą samoczynnie łączyć się w bardziej złożone struktury. Produkcja nanorurek węglowych metodą polimeryzacji katalizowanej metalem jest dobrym przykładem nanotechnologii podejścia oddolnego.
Maszyny molekularne i produkcja to koncepcja oddolnej nanotechnologii wprowadzona przez Erica Drexlera w jego książce Engines of Creation w 1987 roku. Dała ona wczesne poglądy na to, w jaki sposób można wykorzystać systemy mechaniczne w skali nano do budowy złożonych struktur molekularnych.
Różnica między podejściem odgórnym a oddolnym w nanotechnologii
1. Proces produkcyjny rozpoczyna się od większych konstrukcji w podejściu odgórnym, gdzie początkowe bloki konstrukcyjne są mniejsze niż ostateczny projekt w podejściu oddolnym
2. Produkcja od dołu do góry może wytwarzać struktury o doskonałych powierzchniach i krawędziach (niepomarszczone i nie zawierające wgłębień itp.), chociaż powierzchnie i krawędzie powstałe w wyniku produkcji odgórnej nie są idealne, ponieważ są pomarszczone lub zawierają wnęki.
3. Technologie produkcji oddolnej są nowsze niż produkcja odgórna i oczekuje się, że będą dla nich alternatywą w niektórych zastosowaniach (na przykład: tranzystory).
4. Produkty podejścia oddolnego mają wyższą dokładność (większa kontrola nad wymiarami materiału), dzięki czemu mogą wytwarzać mniejsze konstrukcje w porównaniu z podejściem odgórnym.
5. W podejściu odgórnym występuje pewna ilość zmarnowanego materiału, ponieważ niektóre części są usuwane z oryginalnej struktury, w przeciwieństwie do podejścia oddolnego, w którym żadna część materiału nie jest usuwana.
