Storia di l'invenzioni - Nanotecnologia

Digià versu 600 aC. e persone pruducianu strutture nanotipiche, vale à dì filamenti di cementite in acciaio, chjamati Wootz. Questu hè accadutu in l'India, è questu pò esse cunsideratu u principiu di a storia di a nanotecnologia.

VI-XV p. I tinti utilizati durante stu periodu per a pittura di i vitrali usanu nanoparticuli di cloruri d'oru, cloruri di altri metalli, è ancu ossidi di metalli.

IX-XVII seculi In parechji lochi in Auropa, "glitters" è altri sustanzi sò pruduciuti per dà brilla à a ceramica è altri prudutti. Contenevanu nanoparticuli di metalli, più spessu argentu o cobre.

XIII-Xviii w. L'"azzaru Damascu" pruduciutu in questi seculi, da quale l'armi bianchi famosi in u mondu sò stati fatti, cuntene nanotubi di carbone è nanofibre di cementite.

1857 Michael Faraday scopre l'oru coloidale di culore di rubi, carattaristica di nanoparticule d'oru.

1931 Max Knoll è Ernst Ruska custruiscenu un microscopiu elettronicu in Berlinu, u primu dispositivu per vede a struttura di nanoparticuli à u livellu atomicu. A più grande hè l'energia di l'elettroni, più corta a so lunghezza d'onda è più grande a risuluzione di u microscopiu. A mostra hè in un vacuum è più spessu coperto cù una film di metallu. U fasciu di l'elettroni passa per l'ughjettu pruvatu è entra in i detectori. Basatu nantu à i segnali misurati, i dispositi elettronici ricreanu l'imaghjini di a mostra di prova.

1936 Erwin Müller, chì travaglia in i Laboratori Siemens, inventa u microscopiu di emissione di campu, a forma più simplice di un microscopiu elettronicu di emissione. Stu microscopiu usa un forte campu elettricu per l'emissione di u campu è l'imaghjini.

1950 Victor La Mer è Robert Dinegar creanu i fundamenti teorichi per a tecnica di ottene materiali coloidali monodispersi. Questu hà permessu a produzzione di tippi speciali di carta, vernici è filmi sottili in una scala industriale.

1956 Arthur von Hippel di l'Istitutu di Tecnulugia di Massachusetts (MIT) hà incunatu u terminu "ingenieria moleculare".

1959 Richard Feynman lezioni nantu à "Ci hè assai spaziu à u fondu". Partendu da l'imaginazione di ciò chì ci vole à mette una Encyclopædia Britannica di 24 volumi nantu à un pinhead, hà introduttu u cuncettu di miniaturizazione è a pussibilità di utilizà tecnulugii chì puderanu travaglià à u livellu nanometru. In questa occasione, hà stabilitu dui premii (i cosiddetti Feynman Prizes) per i rializazioni in questu spaziu - un milla di dollari ognunu.

1960 U pagamentu di u primu premiu hà disappuntu à Feynman. Hà presuntu chì un avanzu tecnulugicu serà necessariu per ottene i so scopi, ma à l'epica hà sottovalutatu u putenziale di a microelettronica. U vincitore era l'ingegnere William H. McLellan di 35 anni. Hà criatu un mutore chì pesa 250 microgrammi, cù una putenza di 1 mW.

1968 Alfred Y. Cho è John Arthur sviluppanu u metudu epitassi. Permette a furmazione di strati monoatomichi di superficia cù a tecnulugia di semiconductor - a crescita di novi strati di cristalli unicu nantu à un sustrato cristallino esistente, duplicà a struttura di u sustrato di sustrato cristallino esistente. Una variazione di l'epitassia hè l'epitassia di i cumposti molecolari, chì permette di diposità strati cristallini cù un grossu di una capa atomica. Stu metudu hè utilizatu in a produzzione di punti quantum è cusì chjamati strati sottili.

1974 Introduzione di u terminu "nanotecnologia". Hè stata utilizata prima da u ricercatore di l'Università di Tokyo Norio Taniguchi in una cunferenza scientifica. A definizione di a fisica giapponese ferma in usu finu à oghje è sona cusì: "A nanotecnologia hè una produzzione chì usa tecnulugia chì permette di ottene una precisione assai alta è dimensioni estremamente chjuche, i.e. precisione di l'ordine di 1 nm.

Visualizazione di una goccia quantistica

Anni 80 è 90 U periodu di rapidu sviluppu di a tecnulugia litografica è a produzzione di strati ultrathin di cristalli. U primu, MOCVD(), hè un metudu per dipositu strati nantu à a superficia di materiali chì utilizanu composti organometallici gasosi. Questu hè unu di i metudi epitaxiali, da quì u so nome alternativu - MOSFE (). U sicondu metudu, MBE, permette di diposità strati nanometri assai sottili cù una cumpusizioni chimica precisa è una distribuzione precisa di u prufilu di cuncentrazione di impurità. Questu hè pussibule per u fattu chì i cumpunenti di a capa sò furniti à u sustrato da raghji molecolari separati.

1981 Gerd Binnig è Heinrich Rohrer creanu u microscopiu à scanning tunneling. Utilizendu e forze di l'interazzione interatomichi, permette di ottene una maghjina di a superficia cù una risoluzione di l'ordine di a dimensione di un atomu unicu, passendu a lama sopra o sottu à a superficia di a mostra. In u 1989, u dispusitivu hè stata utilizata per manipulà l'atomi individuali. Binnig è Rohrer anu premiatu u Premiu Nobel di Fisica in u 1986.

1985 Louis Brus di Bell Labs scopre nanocristalli semiconduttori colloidali (punti quantici). Sò definiti cum'è una piccula zona di u spaziu delimitata in trè dimensioni da barriere potenziali quandu una particella cù una lunghezza d'onda paragunabile à a dimensione di un puntu entra.

Cover of the book Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology di C. Eric Drexler

1985 Robert Floyd Curl, Jr., Harold Walter Kroto, è Richard Erret Smalley scopre i fullereni, moleculi custituiti da un numeru paru di atomi di carbone (da 28 à circa 1500) chì formanu un corpu cavu chjusu. I pruprietà chimichi di fullereni sò in parechji rispetti simili à quelli di l'idrocarburi aromatici. Fullerene C60, o buckminsterfullerene, cum'è altri fullereni, hè una forma allotropica di carbone.

1986-1992 C. Eric Drexler pubblicà dui libri impurtanti nantu à a futurologia chì popularizenu a nanotecnologia. U primu, liberatu in u 1986, hè chjamatu Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology. Ellu predice, frà altre cose, chì e tecnulugia future puderanu manipulà l'atomi individuali in una manera cuntrullata. In u 1992, hà publicatu Nanosystems: Molecular Hardware, Manufacturing, and the Computational Idea, chì à u turnu predichendu chì i nanomachine puderanu riproduce.

1989 Donald M. Aigler di IBM mette a parolla "IBM" - fatta da 35 atomi di xenon - nantu à una superficia di nickel.

1991 Sumio Iijima di NEC in Tsukuba, Giappone, scopre nanotubi di carbone, strutture cilindriche cave. Finu a data, i nanotubi di carbone più cunnisciuti, i so pareti sò fatti di grafene rotulatu. Ci sò ancu nanotubi senza carbonu è nanotubi di DNA. I nanotubi di carbone più sottili sò di l'ordine di un nanometru di diametru è ponu esse milioni di volte più longu. Hanu una forza di trazione notevuli è proprietà elettriche uniche, è sò eccellenti cunduttori di u calore. Queste proprietà li facenu materiali promettenti per l'applicazioni in a nanotecnologia, l'elettronica, l'ottica è a scienza di i materiali.

1993 Warren Robinett di l'Università di North Carolina è R. Stanley Williams di UCLA custruiscenu un sistema di realtà virtuale ligata à un microscopiu di scanning tunneling chì permette à l'utilizatori di vede è ancu toccu l'atomi.

1998 A squadra di Cees Dekker in l'Università di Tecnulugia di Delft in i Paesi Bassi sta custruendu un transistor chì usa nanotubi di carbone. Attualmente, i scientisti provanu d'utilizà e proprietà uniche di i nanotubi di carbone per pruduce l'elettronica megliu è più veloce chì cunsuma menu elettricità. Questu hè statu limitatu da una quantità di fatturi, alcuni di i quali sò stati superati gradualmente, chì in 2016 hà purtatu i circadori in l'Università di Wisconsin-Madison per creà un transistor di carbone cù paràmetri megliu cà i migliori prototipi di siliciu. A ricerca di Michael Arnold è Padma Gopalan hà purtatu à u sviluppu di un transistor di nanotubi di carbonu chì pò purtà duie volte a corrente di u so cuncurrente di siliciu.

2003 Samsung patenteghja una tecnulugia avanzata basata nantu à l'azzione di ioni d'argentu microscòpichi per tumbà i germi, u muffa è più di sei centu tipi di batteri è impediscenu a so diffusione. E particelle d'argentu sò state introdutte in i sistemi di filtrazione più impurtanti di a cumpagnia - tutti i filtri è u cullettivu di polvera o saccu.

2004 A Royal Society britannica è l'Accademia Reale di Ingegneria publicanu u rapportu "Nanoscience and Nanotechnology: Opportunities and Uncertainties", chì chjamanu a ricerca nantu à i risichi potenziali di a nanotecnologia per a salute, l'ambiente è a sucietà, tenendu in contu l'aspettu eticu è legale.

Nanomotore mudellu nantu à roti fullerene

2006 James Tour, inseme cù una squadra di scientisti di l'Università di Rice, custruisci un microscòpicu "van" da a molècula oligo (phenyleneethynylene), chì l'assi sò fatti di atomi d'aluminiu, è i roti sò fatti di fullereni C60. U nanovehicle spustatu nantu à a superficia, custituitu di atomi d'oru, sottu a influenza di l'aumentu di a temperatura, per via di a rotazione di "roti" fullerene. Au-dessus d'une température de 300°C, il a tellement accéléré que les chimistes ne pouvaient plus le suivre...

2007 I nanotecnologi Technion adattanu tuttu u "Anticu Testamentu" ebraicu in una zona di solu 0,5 mm.² wafer di siliciu d'oru. U testu hè statu incisu dirigendu un flussu focalizatu di ioni di galiu nantu à a piastra.

2009-2010 Nadrian Seaman è i culleghi di l'Università di New York creanu una seria di nanomounts simili à l'ADN in quale strutture di DNA sinteticu ponu esse programate per "pruduce" altre strutture cù forme è proprietà desiderate.

2013 I scientisti IBM creanu un filmu animatu chì pò esse vistu solu dopu avè ingrandatu 100 milioni di volte. Hè chjamatu "U zitellu è u so atomu" è hè disegnatu cù punti diatomichi un bilionisimu di un metru in grandezza, chì sò unichi molécule di monossidu di carbonu. A caricatura riprisenta un zitellu chì prima ghjoca cù una bola è poi salta nantu à un trampolinu. Una di e molécule ghjoca ancu u rolu di una bola. Tuttu l'azzione si svolge nantu à una superficia di ramu, è a dimensione di ogni quadru di film ùn supera micca parechji decine di nanometri.

2014 I scientisti di l'Università di Tecnulugia ETH in Zurich anu riesciutu à creà una membrana porosa di menu di un nanometru di spessore. U grossu di u materiale ottenutu da a manipulazione nanotecnologica hè 100 XNUMX. volte più chjucu di quellu di un capelli umani. Sicondu i membri di a squadra di l'autori, questu hè u materiale poroso più fino chì puderia esse acquistatu è hè generalmente pussibule. Hè custituitu di dui strati di una struttura di grafene bidimensionale. A membrana hè permeable, ma solu à particeddi chjuchi, rallentendu o intrappulà cumpletamente particeddi più grande.

2015 Hè stata creata una pompa moleculare, un dispositivu nanoscala chì trasferisce l'energia da una molécula à l'altru, imitandu i prucessi naturali. U layout hè statu cuncepitu da circadori in u Weinberg Northwestern College of Arts and Sciences. U mekanismu hè reminiscente di prucessi biològichi in proteini. Hè previstu chì tali tecnulugii truveranu appiecazione principalmente in i campi di a biotecnologia è a medicina, per esempiu, in i musculi artificiali.

2016 Sicondu una publicazione in a rivista scientifica Nature Nanotechnology, i circadori di l'Università Tecnica Olandese di Delft anu sviluppatu innovativi supporti di almacenamiento à un atomu. U novu metudu duveria furnisce una densità di almacenamentu più di cinque centu volte più altu ch'è qualsiasi tecnulugia attualmente usata. L'autori notanu chì i risultati ancu megliu ponu esse ottenuti cù un mudellu tridimensionale di u locu di particeddi in u spaziu.

Classificazione di nanotecnologie è nanomateriali

1. Strutture nanotecnologiche includenu:

• pozzi quantum, fili è punti, i.e. diverse strutture chì combinanu e seguenti caratteristiche - a limitazione spaziale di particeddi in una certa zona attraversu e barriere potenziali;
• plastica, a struttura di quale hè cuntrullata à u livellu di molécule individuali, grazia à quale hè pussibule, per esempiu, di ottene materiali cù proprietà meccaniche senza precedente;
• fibri artificiali - materiali cù una struttura moleculare assai precisa, ancu distinta da proprietà meccaniche inusual;
• nanotubi, strutture supramoleculari in forma di cilindri cavu. Finu a data, i nanotubi di carbone più cunnisciuti, i so pareti sò fatti di grafene plegatu (strati di grafite monotomi). Ci sò ancu nanotubi senza carbonu (per esempiu, da sulfuru di tungstenu) è da DNA;
• materiali sfracicati in forma di polvera, i granuli di quali sò, per esempiu, accumuli di atomi di metalli. Silver () cù forti proprietà antibacteriali hè largamente utilizatu in questa forma;
• nanofili (per esempiu, argentu o cobre);
• elementi furmati cù litografia elettroni è altri metudi nanolithography;
• fullereni;
• grafene è altri materiali bidimensionali (borophene, graphene, nitruru di boru esagonale, silicene, germanene, sulfuru di molibdenu);
• materiali compositi rinfurzati cù nanoparticelle.

Superficie nanolitografica

2. A classificazione di nanotecnologie in a sistematica di e scienze, sviluppata in u 2004 da l'Organizazione per a Cooperazione è u Sviluppu Ecunomicu (OCDE):

• nanomateriali (pruduzzione è pruprietà);
• nanoprocessi (applicazioni nanoscala - i biomateriali appartenenu à a biotecnologia industriale).

3. Nanomateriali sò tutti i materiali in quale ci sò strutture rigulari à u livellu molekulari, i.e. micca più di 100 nanometri.

Stu limitu pò riferisce à a dimensione di i duminii cum'è l'unità basica di a microstruttura, o à u gruixu di i strati ottenuti o dipositati nantu à u sustrato. In a pratica, u limitu sottu chì hè attribuitu à i nanomateriali hè diversu per i materiali cù diverse proprietà di rendiment - hè principalmente assuciatu cù l'apparizione di proprietà specifiche quandu superate. Riducendu a dimensione di e strutture urdinate di materiali, hè pussibule di migliurà significativamente e so proprietà fisicochimiche, meccaniche è altre.

Nanomateriali pò esse divisu in quattru gruppi:

• zero-dimensionale (nanomateriali punti) - per esempiu, punti quantum, nanoparticule d'argentu;
• unidimensionale - per esempiu, nanofili di metallu o semiconductor, nanorods, nanofibre polimeriche;
• bidimensionale - per esempiu, strati nanometri di un tipu monofase o multifase, graphene è altri materiali cù un grossu di un atomu;
• tridimensionale (o nanocristalline) - custituitu di duminii cristallini è accumuli di fasi cù dimensioni di l'ordine di nanometri o cumposti rinfurzati cù nanoparticuli.