Nanotexnologiya

Nanotexnologiya — təqribən 1 – 100 nm (1 nm = metrin milyardda biri) miqyasında, molekul və ya makromolekullar və atom səviyyəsində araşdırmaların və texnoloji proseslərin inkişaf etdirilməsi, atom və molekullar səviyyəsində, tamamilə yeni fiziki və kimyəvi keyfiyyətlərə malik olan strukturların, sistem və qurğuların yaradılması və tətbiq edilməsi, atom səviyyəsində baş verən proseslərə nəzarətin və manipulyasiyanın həyata keçirilməsidir. Nanotexnologiya – atom və molekullarla manipulyasiya edərək yeni keyfiyyətli materialların alınmasını və bu materiallardan istifadə edərək nanoölçülü maşın və mexanizmlərin, robotların, kompüter çiplərinin, elektronika avadanlıqlarının, optik cihazların, sensorların, ətraf mühitin kimyəvi və fiziki təmizləyicilərinin, canlı orqanizmlərə maddələrin, o cümlədən dərman preparatlarının daşınmasını həyata keçirən qurğuların yaradılmasını nəzərdə tutur.

 Nanotexnologiyanın tarixi 
Nanotexnologiyanın geniş kateqoriyasına daxil olan konsepsiyaların və eksperimental işlərin inkişafını izləyir. Nanotexnologiya elmi tədqiqatlarda nisbətən yeni inkişaf olsa da, onun mərkəzi konsepsiyalarının inkişafı daha uzun müddət ərzində baş vermişdir. 1980-ci illərdə nanotexnologiyanın yaranmasına 1981-ci ildə skan edən tunel mikroskopunun ixtirası və 1985-ci ildə fullerenlərin kəşfi kimi eksperimental irəliləyişlərin yaxınlaşması, nanotexnologiyanın məqsədləri üçün konseptual çərçivənin aydınlaşdırılması və populyarlaşması səbəb olmuşdur. 1986-cı ildə "Yaradılış mühərrikləri" kitabının nəşri. Sahə 2000-ci illərin əvvəllərində həm potensial təsirləri, həm də molekulyar nanotexnologiyanın tərəfdarları tərəfindən nəzərdə tutulan tətbiqlərin məqsədəuyğunluğu və hökumətlərin nanotexnologiyaya dair tədqiqatları təşviq etmək və maliyyələşdirmək üçün hərəkətə keçməsi ilə bağlı geniş müzakirələrlə, artan ictimai məlumatlılıq və mübahisələrə məruz qaldı. 2000-ci illərin əvvəlləri nanotexnologiyanın kommersiya tətbiqlərinin başlanğıcını da gördü,baxmayaraq ki, bunlar sahənin nəzərdə tutduğu transformativ tətbiqlərdən daha çox nanomaterialların kütləvi tətbiqləri ilə məhdudlaşdı.

 Nanomateryalların erkən istifadəsi 
Karbon nanoborucuqları Hindistanın Keeladi şəhərinin dulusçuluq məmulatlarında tapılıb. Eramızdan əvvəl 600–300-cü illər, lakin onların necə əmələ gəldiyi və ya onları ehtiva edən maddənin qəsdən istifadə edilib-edilmədiyi məlum deyil. Dəməşq poladında sementit nanotelləri müşahidə edilmişdir, bu material eramızdan əvvəl. 900-cü illərdə, onların mənşəyi və istehsal vasitələri də məlum deyil.

Nanohissəciklər müasir elmlə əlaqələndirilsə də, hələ IX əsrdə Mesopotamiyada sənətkarlar tərəfindən qabların səthində parıltı effekti yaratmaq üçün istifadə edilmişdir.

Müasir dövrdə, Orta əsrlər və İntibah dövrünə aid saxsı qablar tez-tez fərqli qızıl və ya mis rəngli metal parıltısını saxlayır. Bu parıltı, keramika şirəsinin şüşəvari matrisində homojen şəkildə səpələnmiş gümüş və mis nanohissəcikləri ehtiva edən şüşənin şəffaf səthinə çəkilmiş metal filmdən qaynaqlanır. Bu nanohissəciklər sənətkarlar tərəfindən əvvəllər şirlənmiş saxsı qabların səthinə mis və gümüş duzları və oksidləri sirkə, oxra və gil əlavə etməklə yaradılmışdır. Texnika müsəlman dünyasında yaranıb. Müsəlmanların bədii təsvirlərdə qızıldan istifadə etməsinə icazə verilmədiyi üçün onlar əsl qızıldan istifadə etmədən də oxşar effekt yaratmağın yollarını axtarırdılar. Tapdıqları həll parıltıdan istifadə idi.

 Konseptual mənşəyi 

 Richard Feynman 
Amerikalı fizik Richard Feynman, 29 dekabr 1959-cu ildə Caltech-də Amerika Fizika Cəmiyyətinin nanotexnologiya sahəsinə ilham verdiyi üçün keçirilən toplantıda "Altda çox yer var" adlı məruzə etdi. Feynman fərdi atomları və molekulları manipulyasiya etmək qabiliyyətinin inkişaf etdirilə biləcəyi bir prosesi təsvir etdi, bir dəstdən istifadə edərək, mütənasib olaraq daha kiçik olan başqa bir dəsti qurmaq və idarə etmək üçün lazım olan miqyasda. Bunun gedişində, o qeyd etdi ki, müxtəlif fiziki hadisələrin miqyasının dəyişməsi nəticəsində miqyaslaşdırma məsələləri yaranacaq: cazibə qüvvəsi azalacaq, səthi gərginlik və Van Der Waals cazibəsi daha vacib olacaq.

Feynmanın ölümündən sonra nanotexnologiyanın tarixi inkişafını tədqiq edən alim 1980 və 1990-cı illərdə yaranmaqda olan sahədə fəal olan insanların çoxunun xatirələrinə əsaslanaraq, nanotexnologiya tədqiqatlarının katalizatorunda onun faktiki rolunun məhdud olduğu qənaətinə gəldi. Cənubi Karolina Universitetinin mədəni antropoloqu Chris Toumey, Feynmanın nitqinin nəşr olunmuş versiyalarının elmi ədəbiyyatdakı sitatlarla ölçüldüyü kimi, ilk dərc edildikdən sonra iyirmi il ərzində əhəmiyyətsiz təsirə malik olduğunu və daha çox təsir göstərmədiyini təsbit etdi. 1981-ci ildə Skaner Tunel Mikroskopunun icadından sonrakı onillik. Sonradan 1990-cı illərin əvvəllərində elmi ədəbiyyatda "Bol otaq"a maraq xeyli artdı. Bu, yəqin ki, ona görədir ki, "nanotexnologiya" termini K. Erik Drexler tərəfindən 1986-cı ildə Feynmanın milyard kiçik fabrik anlayışını götürən "Yaradılış mühərrikləri: Nanotexnologiyanın gələcək dövrü" kitabında istifadə etdikdən sonra həmin dövrdən əvvəl ciddi diqqəti cəlb etmişdir. və insan operatorun nəzarəti yerinə kompüter idarəsi vasitəsilə özlərinin daha çox surətini çıxara biləcəkləri fikrini əlavə etdi; və həmin ilin sonunda kütləvi tirajlı elm yönümlü Omni jurnalında dərc olunan "Nanotexnologiya" başlıqlı örtük məqaləsində. Toumey-in təhlilinə həmçinin nanotexnologiya üzrə görkəmli alimlərin şərhləri də daxildir. Onlar deyirlər ki, "Bol otaq" onların ilk işlərinə təsir etməyib və əslində onların əksəriyyəti onu sonrakı tarixə qədər oxumayıb.

Bu və digər inkişaflar Feynmanın "Bol Otaq" əsərinin retroaktiv şəkildə yenidən kəşf edilməsinin nanotexnologiyaya 1959-cu ilin dekabr ayının erkən tarixini, üstəlik Riçard Feynmanın xarizması və dahiliyi ilə əlaqəni təmin edən paketlənmiş bir tarix verdiyinə işarə edir. Feynmanın Nobel mükafatı laureatı və 20-ci əsr elminin ikonik şəxsiyyəti kimi tanınması, şübhəsiz ki, nanotexnologiyanın tərəfdarlarına kömək etdi və keçmişlə dəyərli intellektual əlaqə yaratdı.

 Norio Taniguci 
Tokio Elm Universitetinin əməkdaşı Norio Taniguci adlı yapon alimi 1974-cü ildə keçirilən konfransda "nano-texnologiya" terminini ilk dəfə olaraq nazik təbəqənin çökməsi və ion şüasının frezelenmesi kimi yarımkeçirici prosesləri təsvir etmək üçün istifadə etmişdir. nanometr. Onun tərifi belə idi: "'Nano-texnologiya" əsasən materialların bir atom və ya bir molekul tərəfindən işlənməsi, ayrılması, konsolidasiyası və deformasiyasından ibarətdir. Bununla belə, bu termin 1981-ci ilə qədər, Taniguci-nin bu termini əvvəlcədən istifadə etməsindən xəbərsiz olan Erik Drexler 1981-ci ildə nanotexnologiyaya dair ilk məqaləsini dərc edənə qədər təkrar istifadə edilmədi.

 Erik Drexler 
1980-ci ildə Erik Drexler Proceedings of jurnalında dərc olunmuş "Molekulyar mühəndislik: molekulyar manipulyasiya üçün ümumi qabiliyyətlərin inkişafına bir yanaşma" mövzusunda ilk elmi məqaləsini hazırlayarkən, 1959-cu ildə Feynmanın "Dibində çox yer var" adlı təxribat xarakterli çıxışı ilə qarşılaşdı. 1981-ci ildə Milli Elmlər Akademiyası. "Nanotexnologiya" termini (Taniquçinin "nano-texnologiyası" ilə paraleldir) Drexler tərəfindən müstəqil olaraq 1986-cı ildə "Yaradılış Mühərrikləri: Nanotexnologiyanın Gələcək Era" kitabında tətbiq edilmişdir. özünün və ixtiyari mürəkkəbliyin digər elementlərinin surətini yarada bilən nanoölçülü "montajçı". O, həmçinin müstəqil işləməyə qadir olan hipotetik özünü təkrarlayan maşın tikilib buraxılarsa, nə baş verə biləcəyini təsvir etmək üçün ilk dəfə "boz goo" terminini nəşr etdi. Drexlerin nanotexnologiyaya baxışı çox vaxt "Molekulyar Nanotexnologiya" və ya "molekulyar istehsal" adlanır.

1991-ci ildə fəlsəfə doktoru MIT Media Laboratoriyasındakı iş molekulyar nanotexnologiya mövzusunda ilk doktorluq dərəcəsi idi və onun "Molekulyar maşın və hesablama tətbiqləri ilə istehsal" dissertasiyası Nanosistemlər: Molekulyar Maşınlar, İstehsalat, və Hesablama , 1992-ci ilin Ən Yaxşı Kompüter Elmləri Kitabı üçün Amerika Nəşriyyatları Assosiasiyası mükafatını aldı." Drexler "Nanotexnologiyaya hazırlıq" missiyası ilə 1986-cı ildə Foresight İnstitutunu qurdu. Drexler artıq Foresight İnstitutunun üzvü deyil.

 Eksperimental tədqiqatlar və irəliləyişlər 
Nanoelektronikada nanoölçülü qalınlıq 1960-cı illərin əvvəllərində tranzistorlarda istifadə edilən qapı oksidi və nazik filmlərdə nümayiş etdirildi, lakin 1990-cı illərin sonlarına qədər nanoölçülü qapı uzunluğuna malik MOSFETlər (metal-oksid-yarımkeçirici sahə effektli tranzistorlar) nümayiş etdirildi. Nanotexnologiya və nanoelm 1980-ci illərin əvvəllərində iki böyük inkişafla təkan aldı: klaster elminin doğulması və skan edən tunel mikroskopunun (STM) ixtirası. Bu inkişaflar 1985-ci ildə fullerenlərin kəşfinə və 1991-ci ildə karbon nanoborucuqlarının struktur təyinatına gətirib çıxardı. 1990-cı illərdə FinFET-in inkişafı müasir nanoelektron yarımkeçirici cihazların istehsalının əsasını qoydu.

 Skanlayıcı prob mikroskopiyasının ixtirası 
Atom səviyyəsində səthlərin təsviri üçün alət olan skan edən tunel mikroskopu 1981-ci ildə IBM Sürix Tədqiqat Laboratoriyasında Gerd Binnig və Heinrich Rohrer tərəfindən hazırlanmış və 1986-cı ildə Fizika üzrə Nobel Mükafatına layiq görülmüşdür. Binnig, Calvin Quate və Christoph Gerber 1986-cı ildə ilk atom qüvvəsi mikroskopunu icad etdilər. Kommersiya baxımından ilk atom qüvvəsi mikroskopu 1989-cu ildə təqdim edildi.

IBM tədqiqatçısı Don Eigler 1989-cu ildə skan edən tunel mikroskopundan istifadə edərək atomları manipulyasiya edən ilk şəxs olmuşdur. O, IBM loqotipini tərtib etmək üçün 35 Xenon atomundan istifadə edib. O, bu işinə görə 2010-cu ildə Nanoelm üzrə Kavli Mükafatını paylaşıb.

 İnterfeys və kolloid elmində irəliləyişlər 
İnterfeys və kolloid elmləri nanotexnologiya ilə əlaqəli olmadan əvvəl təxminən bir əsr ərzində mövcud idi. Nanohissəciklərin ilk müşahidələri və ölçüləri 20-ci əsrin ilk onilliyində 1925-ci ildə kimya üzrə Nobel mükafatı laureatı Richard Adolf Zsiqmondi tərəfindən qızıl zolları və ölçüsü 10 nm-ə qədər olan digər nanomaterialların təfərrüatlı tədqiqi ilə məşğul olmuşdu. İşığın dalğa uzunluğundan çox kiçik hissəcikləri görmə qabiliyyətinə malik olan ultramikroskopdan istifadə etməklə Zsiqmondi həm də hissəcik ölçüsünü xarakterizə etmək üçün "nanometr" terminini ilk dəfə istifadə etdi. 1920-ci illərdə kimya üzrə 1932-ci il Nobel mükafatı laureatı İrvinq Lenqmuir və Katharine B. Blodgett bir molekul qalınlığında olan material təbəqəsi olan monolayer anlayışını təqdim etdilər. 1950-ci illərin əvvəllərində Derjaguin və Abrikosova səth qüvvələrinin ilk ölçülməsini həyata keçirdilər.

1974-cü ildə vahid nazik təbəqələrin hər dəfə bir atom təbəqəsi çökdürülməsi üçün atom təbəqəsinin çökməsi prosesi Finlandiyada Tuomo Suntola və əməkdaşları tərəfindən işlənib hazırlanmış və patentləşdirilmişdir.

Başqa bir inkişafda yarımkeçirici nanokristalların sintezi və xassələri tədqiq edilmişdir. Bu, kvant nöqtələrinin yarımkeçirici nanohissəciklərinin sayının sürətlə artmasına səbəb oldu.

 Fullerenlərin kəşfi 
Fullerenləri 1985-ci ildə birlikdə 1996-cı ildə Kimya üzrə Nobel Mükafatını qazanan Harry Kroto, Richard Smalley və Robert Curl tərəfindən kəşf edilmişdir. Smalleynin fiziki kimya üzrə tədqiqatı impulslu molekulyar şüalardan istifadə edərək qeyri-üzvi və yarımkeçirici klasterlərin əmələ gəlməsini və uçuş kütlə spektrometriyasının vaxtını araşdırdı. Bu təcrübənin nəticəsi olaraq, Curl astronomik tozun tərkib hissələrinə dair sualı araşdırmaq üçün onu Krotoya təqdim etdi. Bunlar R Corona Borealis kimi köhnə ulduzlar tərəfindən qovulan karbonla zəngin hissələrdir. Bu əməkdaşlığın nəticəsi karbonun üçüncü allotropik forması kimi C60 və fullerenlərin kəşfi oldu.

Karbon nanoborucuqlarının kəşfi əsasən 1991-ci ildə NEC-dən Sumio Lijima ilə əlaqələndirilir, baxmayaraq ki, karbon nanoborular 1991-ci ildən əvvəl müxtəlif şərtlər altında istehsal edilmiş və müşahidə edilmişdir. Lijimanın 1991-ci ildə qövslə yandırılmış qrafit çubuqların həll olunmayan materialında çoxdivarlı karbon nanoborular kəşf etməsi və Mintmire, Dunlap və White-ın müstəqil proqnozu, əgər tək divarlı karbon nanoborular hazırlansa, o zaman onlar əla keçirici xüsusiyyətlər nümayiş etdirəcəklər. İndi karbon nanoborular ilə əlaqəli olan ilkin səs-küy yaratmağa kömək etdi. IBM-də Bethune və NEC-də Lijima tərəfindən tək divarlı karbon nanoborular və onları qövs boşalmasında karbona keçid metal katalizatorları əlavə etməklə xüsusi olaraq istehsal etmək üsulları müstəqil kəşflərindən sonra nanotube tədqiqatları xeyli sürətlənib.

1990-cı illərin əvvəllərində Arizona Universitetindən Huffman və Kraetschmer böyük miqdarda fullerenlərin sintezini və təmizlənməsini kəşf etdilər. Bu, hökumət və sənaye laboratoriyalarında yüzlərlə müstəntiq tərəfindən onların səciyyələndirilməsi və funksionallaşdırılması üçün qapı açdı. Qısa müddətdən sonra rubidium qatqılı C60 orta temperaturda (Tc = 32 K) superkeçirici olduğu aşkar edildi. 1992-ci ildə Materials Research Society toplantısında Dr.Ebbesen auditoriyaya öz kəşfini və karbon nanoborucuqlarının xarakteristikasını təsvir etdi. Bu hadisə, iştirak edənləri və digərlərini bu kəşfləri təkrarlamaq və irəli sürmək üçün onun təqdimatını öz laboratoriyalarına göndərdi. Huffman və Kratschmer tərəfindən istifadə edilənlərlə eyni və ya oxşar vasitələrdən istifadə edərək, yüzlərlə tədqiqatçı nanotube əsaslı nanotexnologiya sahəsini daha da inkişaf etdirdi.

 Nanoölçülü tranzistorlar 
Nanolayer-əsas metal-yarımkeçirici keçid (M–S qovşağı) tranzistoru ilkin olaraq 1960-cı ildə A. Rose, 1962-ci ildə L. Geppert, Mohamed Atalla və Dawon Kahng tərəfindən təklif edilmiş və nümayiş etdirilmişdir. Onilliklər sonra, çoxqapılı texnologiyada irəliləyişlər FinFET (fin sahə effektli tranzistor) ilə başlayaraq metal-oksid-yarımkeçirici sahə effektli tranzistor (MOSFET) cihazlarını 20 nm qapı uzunluğundan kiçik nano-miqyaslı səviyyələrə endirməyə imkan verdi. , üçölçülü, planar olmayan, ikiqat qapılı MOSFET. UC Berkeley-də Digh Hisamoto, Chenming Hu, Tsu-Jae King Liu, Jeffrey Bokor və başqaları daxil olmaqla tədqiqatçılar qrupu 1998-ci ildə 17 nm, daha sonra 2001-ci ildə 15 nm və 2002-ci ildə 10 nm prosesinə qədər FinFET cihazlarını hazırladı.

2006-cı ildə Koreya Qabaqcıl Elm və Texnologiya İnstitutundan (KAIST) və Milli Nano Fab Mərkəzindən koreyalı tədqiqatçılar qrupu dünyanın ən kiçik nanoelektronik cihazı olan 3 nm MOSFET-i inkişaf etdirdilər. O, gate-all-around (GAA) FinFET texnologiyasına əsaslanırdı.

 İstinadlar 

Kateqoriya:Nanotexnologiya