纳米制造是什么
纳米制造和纳米制造用词描述各种行业创建功能性复杂纳米结构,包括医学、摄影学、电子学和能源等
纳米制造往往与使用全自动化装线的工业规模生产过程相关联,而纳米制造则更侧重于研发新材料和过程,往往由技术工匠执行。
当今唯一大规模使用纳米制造技术的行业是半导体行业,设备结构已达到单纳米尺度化学产业长期以来一直处理纳米粒子和色素问题,但这一问题更多地落在化学领域而非纳米制造领域。
本文章使用纳米制造术语,它可以有全方位意义:在大对象上制作小特征(例如集成电路制造):
有不同方式搭建功能纳米结构最常听到的两个概念
自上而下并
自下而上方法论
自上而下反自下纳米制造
Michelangelo艺术风格可与纳米技术自上而下方法作比较开始大理石块并逐步刻出多余素材 形成像大卫这样的杰作
类似地,纳米技术自上而下方法常用于半导体行业广泛使用的照相平面学和用于医学目的制作纳米粒子的纳米印刷平面学过程包括从散装材料开始并去除不需要比特以达到期望形状和大小然而,这一方法需要大量能量并可能导致浪费,同时相对缓慢并具有复制挑战性。
光线平面学和NIL是压倒自下纳米制造方法,尽管有大量其他纳米制造方法可用电子波束平面图等可生成子-10纳米特征大片,并有良好的布置和叠加作用,但由于吞吐量相对较低,商业上仅限于制作面罩供照片和纳米平面图和装置开发使用
自上而下进程与自上而下进程确定性形成对比,自下而上进程由热力学和动能学组合驱动,然后决定期望结构的增益
自下而上纳米制造过程通常不需要昂贵工具来创建纳米尺度结构,大规模缩放有可能直截了当。应用化学合成工具、量子点、单片作用粒子、碳纳米管、金属纳米管和多功能粒子医学应用
开发自下而上自组装方法以创建复杂设备的努力通常依赖工程实现各种构件之间的交互作用,将它们置于简单环境中,然后让系统演化成最终状态
令事情更加复杂化,有两种基本不同的自下而上编程方式并在这里产生许多混淆 关于不同纳米技术名词
自下而上方法自然方式
自组装.自组织过程贯穿自然并包含分子组件(例如蛋白折叠到行星尺度上(例如天气系统)甚至超出范围(例如星系)
自下而上纳米技术的另一种方式是人之道:
分子汇编.听似自组化,但概念大相径庭看下方纳米动画即支持者或革命纳米技术提出的愿景:分子汇编成工厂概念、组件线和全部,刚刚降为纳米级
自组装概念在此背景中与自复制纳米机相关,即自组装机器但它与自然自组装类型大相径庭
i-超大-捕捉:今日,全分子集成为视觉科学意义上它甚至还不是理论概念
自组装
自组成受控导编译过程的关键在于设计自组成理想模式和函数所需的组件自组反射信息编码-形状、表面属性、电荷、极分性、磁底片、质量等单片组件特征决定彼此间的交互
不幸自发自组严重依赖粒子特征使用不同的粒子自组或组成不同的结构或完全不发生
微小规模上你连词都用不着
自组装取而代之
化学合成过程化学家多年完善共价联结稳定化近似任意配置最多达1000原子大分子、分子聚合物和形式有组织比分子广的事物无法逐字合成自组化策略 组织在这些大尺度上
技术可归纳如下:我们不知道为什么某些原子和分子会像他们那样自组装,但一旦我们可以启动并控制过程,我们就可以用它自下而上构建结构-原子逐原子
自组成为纳米技术中特别重要的概念小型化达到纳米级时,传统制造技术失效,因为尚无法搭建机器将纳米级组件编集成功能设备机器人装配器能造纳米化前,自组装和化学合成是开发自下而上制造的必要技术(读取:
分清空白-纳米技术机器人视觉对实验室现实)
开发自然自组技术实战科学 实验中已经发生事实上,它实际上正准备引向实战产品最近的一个实例是IBM宣布自组结构
acrap处理器.
自组化也是纳米技术对化工产生如此深远影响的原因一个例子是大型聚合物用于工业产品(思想塑料)。化学家使用分子自对称模式设计有特定属性的分子结构
等知道某些纳米粒子行为和属性后,你就可以使用知识刻意创建有期望属性的结构一种比水泥混合化学效率高得多的方式 即混合复合物或多或少任意性方式 基于最佳猜想 并查看你得到什么素材
两大自组技术是交织自组化技术,它通过合并纳米粒子和不同特性并进定义清晰晶体结构与DNA即原型自组化系统,产生新材料的可能性令人振奋。
脱氧核糖核酸自组
脱氧核糖核酸自组化为可生成结构类型提供了灵活性,这些结构基于单串化、双串化或双复化和复杂超分子组件一维二维和三维结构可以制作,而其他纳米级对象与脱氧核糖核酸实现功能化的能力,加之相补序列识别所赋予的特殊性,意味着脱氧核糖核酸可以连接并组织异式纳米结构以构建相对复杂结构,包括受控纳米粒子晶体层甚至主动系统
结构型
DNA纳米技术,具体分子自组进程
脱氧核糖核酸折式并发展成多功能化方法 编译纳米设备 复杂纳米几何学 定义分子功能定位 编程机械和动态特性
科学家已经使用DNA折纸技术
设计搭建病毒规模结构和细胞风琴
脱氧核糖核酸折式设计技术 — — 类似于传统日文或折纸装饰或表示式技术 — — 纳米技术研究者用它把脱氧核糖核酸片段叠入类似可编程插板的东西,并可以绑定不同的纳米构件
脱氧核糖核酸组件允许自下而上编译复杂纳米结构,任意形状和模式小于100纳米
自定义自编自编自编自编自编自编自编自编自编自编自编自编自编自编自编
引导或模板自组使用自上而下方法生成的边界,这些边界与结构长度固有系统交互后一种作用可能出自远程磁能、静电能或线段能之间的平衡,或像块共聚物一样,可能出自构建于材料分子结构中的局部交互作用
结论
构件集成电路技术将继续在容量和成本上演进,但对低值单片高容量产品来说仍然不经济平面图技术类集,如纳米打印大都由半导体产业驱动开发,将逐步适应各种成本结构,因此将发现多种应用,尤其是那些仅需要单层模式结构的结构
自下而上自组装作用生成简单功能素材,高容量使用且费用必须低廉,同时定向装配允许实施远程顺序和层次,对某些应用很重要
最令人振奋的前景也许是创建动态纳米系统,这些系统能够显示富得多的结构和功能实现这一点的方式是学习如何直接控制并工程生物系统,还是建立基于相同原则的系统,仍有待观察,但无疑将具有干扰性并很可能是革命性。