Vad är nanoteknik och vad är dess omfattning?

Vår uppfattning om världen förändras snabbt till det bättre. Med uppkomsten av nyare teknologier som inte bara är miljövänliga och ekonomiskt effektiva, utan också ger mycket mer insikt i sakers molekylära natur, är vi på väg att designa banbrytande system som fungerar med otrolig hastighet och kommer att öppna osynliga gateways till mänsklighetens framsteg.

Nanoteknik, eller helt enkelt “nanoteknik”, faller direkt i denna spännande kategori.

Med oändliga potentiella tillämpningar inom nästan alla livets sfärer är det dagens och morgondagens teknik!

Vad är tillverkning av nanoteknologi?

I det enklaste av termer hänvisar Nano Technology till metoden för att producera objekt vars storleksområde är i nanometer. Dessa föremål kan gå upp till flera hundra nanometer. En nanometer är 10-9 meter, vilket är en miljondels meter. Nanostrukturer är extremt komplexa och har stor användning inom olika områden.

Uppfinningen av scanning tunnelmikroskopet initierade den fullskaliga studien av strukturer på nanoskala. Många oklara storskaliga fenomen ger större insikt om deras funktion och ursprung, när väl systemets storlek minskar exponentiellt. Som de säger, makrokosmos reflekterar mikrokosmos.

Därför hjälper nanoteknik att radera skillnaden i noggrannhet och precision mellan små och stora system. Den 180-gradersvändning av egenskaper som observerats när systemets storlek minskas öppnar nya vägar för ytterligare nya och ännu okända tillämpningar.

Nanoteknikteknik

3D-packning av molekyler i nanostrukturer (Foto: vchal/Shutterstock )

Den primära och mest triviala skillnaden mellan olika metoder för nanotillverkning är Top-down vs. Nedifrån och upp-metoder. Top-down nanotillverkning innebär att man utvinner små nanoskala material från ett större material genom att ta ut rester från det tills önskad storlek och egenskaper erhålls. Denna kategori tillåter tryckmetoder för tillverkning av nanoteknologi.

Den andra metoden, dvs bottom-up-metoden är motsatsen till toppen -duntillverkning. I denna metod byggs föremål från atom- eller kärnnivå och tas upp på skalan tills en lämplig produkt utvinns.

Konventionell litografi – Denna metod består av tre steg – beläggning, exponering och framkallning. Beläggning involverar ett ämne som kallas substratet, tillsammans med ett polymerskikt, som kallas resist. Att exponera innebär att resisten exponeras för elektronstrålar. Framkallning innebär att man extraherar en positiv eller negativ bild från resisten med hjälp av ett kemiskt ämne.

Fotolitografi – Som framgår av namnet använder fotolitografi UV-strålar eller röntgen- strålar för att exponera en strålningspolymer genom en mask. Bilden som visas på masken replikeras genom att placera masken med resisten.

Scanning Litografi – Denna metod använder höghastighetselektroner och joner för att producera de önskade mönstren på resisten via masken. Upplösningen som uppnås här är större än fotolitografi.

Mjuk litografi – Denna teknik använder en form gjord av den önskade flytande polymerprekursorn. Denna metod hjälper främst till vid etablering av stor utrustning från nanostrukturer. Den största fördelen med denna metod är att formen vanligtvis är gjord av giftfria ämnen och därför kan användas av biologiska nanomaterial.

Nano Top-Down-metoder

Nano-Imprint Lithography – Nano-Imprint Lithography gör den omvända 3D-strukturen av ett redan existerande nanomaterial. Objektet som tas kallas master och processen utförs under mycket högt tryck för att replikeringsprocessen ska vara exakt. Denna metod kan ses som prägling i nanoskala och kräver därför mycket komplex utrustning.

Nano-sfärlitografi – I nanosfärlitografi placeras flera nanosfärer tillsammans, vilket i slutändan gör det beställda mönstret på masken. Masken placeras i en kolloid, som är olika för varje material i ytobjektet. Det tomma utrymmet bland de uppradade nanosfärerna skapar en möjlighet att göra relativt platta mönster på maskytan. Hålen kvar på masken efter processen kan användas för att producera extremt komplicerade 3D-nanostrukturer och -designer.

Kolloidal litografi – I kolloidal litografi utsätts elektrostatiska krafter på masken för att producera mycket komplexa nanostrukturer och design i form av korta handmatriser. Detta är den enda skillnaden mellan kolloidal och nanosfärlitografi. Olika typer av nanostrukturer kan bildas med hjälp av denna metod, såsom hål, koner och till och med smörgåsar.

Scanning Probe Lithography – De minsta tänkbara spetsliknande strukturerna på atomskalan används för att producera bilder. Denna metod är optimal för produktion av högupplösta nanostrukturer med mycket komplexa geometriska mönster.

Bottom-Up-metoder

Plasmabågbildning – En beräknad potential appliceras på elektroderna i vilka en plasma tas. Gasen joniseras och ångor bildas vid de två elektroderna. Denna metod används främst för att samla upp skikt på ytor.

Kemisk ångavsättning – Ämnet som du vill deponera tas till sin gasform och får sedan avsättas som en fast på ytan av ett annat föremål. En plan yta är vanligtvis att föredra för denna process.

Sol-Gel-syntes – Denna process utförs i flytande fas. Vätskan får sedan sitta ovanpå ytan och blir i slutändan mer av en gelliknande substans.

används för bakteriefri, rostfri och skrynkelfri personlig kroppsrustning

används för att göra vatten och restfria tunna filmer för datorer, bärbara datorer, glasögon och kameror

används vid tillverkning av smarta tyger

kan hjälpa till i processen att “lättvikta” bilindustrin

har en stor roll att spela inom Nano Bioengineering för omvandling av ämnen till deras komplexa motsvarigheter

kan hjälpa till att tillverka kraftfulla batterier och motorer för bilindustrin, som också har temperaturkontroll

nanopartiklar används för att skapa speciella katalysatorer till öka hastigheten och produktiviteten för kemiska reaktioner

Möjliga cancerbehandlingar både i form av upptäckt och botemedel testas ut

renare vatten kan göras lätt tillgängligt nästan utan extra kostnader, tack vare den höga föroreningsdetekteringsegenskapen hos nanopartiklar

Teknologisk användning

• MRAM-datorer kan fås att starta nästan direkt
• Höghastighets och kompakta transistorer kan tillverkas med hjälp av nanoteknik
• Mycket högupplösta TV-apparater och datorer kan tillverkas
• Spelförändrande ultraflexibla och vikbara skärmar är framtiden
• Förbättrad diagnostisk vård är tillgänglig
• Hjälper till att skapa billigare och mer effektiva molekylära nya gensekvenseringstekniker
• Energikvoten för bränsle har ökat exponentiellt
• Kostnadseffektivitet och över alla resultat av solpaneler ser en betydande positiv vändning

Nanoteknik är en ganska ny aspekt av det moderna livet, men dess omfattning är oändlig. Det stora spektrumet av produkter som kan tillverkas eller till och med förbättras med hjälp av denna teknik är häpnadsväckande. Vi kan enkelt forma egenskaperna och underliggande egenskaperna hos ett visst ämne efter vårt behov. Saker kan göras för en lägre kostnad, men också på en mer avancerad nivå – allt på samma gång