История нанотехнологий - History of nanotechnology

Часть серия статей о
Нанотехнологии
Влияние и Приложения
Наноматериалы
Молекулярная самосборка
Наноэлектроника
Нанометрология
Молекулярная нанотехнология
  • Приложения Nuvola kalzium.svg Научный портал
  • Telecom-icon.svg Технологический портал

В история нанотехнологий отслеживает развитие концепций и экспериментальных работ, подпадающих под широкую категорию нанотехнологии. Хотя нанотехнология появилась в научных исследованиях относительно недавно, ее основные концепции развивались в течение более длительного периода времени. Появление нанотехнологий в 1980-х годах было вызвано конвергенцией экспериментальных достижений, таких как изобретение сканирующий туннельный микроскоп в 1981 году и открытие фуллерены в 1985 году, с разъяснением и популяризацией концептуальной основы для целей нанотехнологии, начиная с публикации книги в 1986 году. Двигатели творения. Эта область была предметом растущей осведомленности общественности и споров в начале 2000-х гг. потенциальные последствия а также возможность применения, предусмотренная защитниками молекулярная нанотехнология, а правительства стремятся продвигать и финансировать исследования в нанотехнологии. В начале 2000-х годов также зародилась коммерция. применения нанотехнологий, хотя они были ограничены массовым применением наноматериалы а не преобразующий приложения, предусмотренные месторождением.

Раннее использование наноматериалов

Самые ранние свидетельства использования и применения нанотехнологий восходят к углеродные нанотрубки, цементит нанопровода найдено в микроструктуре Wootz Steel производится в Древней Индии с 600 г. до н.э. и экспортируется по всему миру.[1]

Хотя наночастицы ассоциируются с современной наукой, они использовались ремесленники еще в девятом веке в Месопотамия для создания сверкающий воздействие на поверхность горшков.[2][3]

В наше время, керамика от Средний возраст и эпоха Возрождения часто сохраняет отчетливый металлический блеск золотого или медного цвета. Этот блеск вызвано металлической пленкой, нанесенной на прозрачную поверхность остекление, который содержит серебро и наночастицы меди однородно диспергирован в стекловидной матрице керамической глазури. Эти наночастицы создаются мастерами путем добавления медь и серебро соли и оксиды вместе с уксус, охра, и глина на поверхности глазурованной керамики. Техника возникла в Мусульманский мир. Поскольку мусульманам не разрешалось использовать золото в художественных представлениях, они искали способ создать подобный эффект без использования настоящего золота. Решением, которое они нашли, было использование блеска.[3][4]

Концептуальные истоки

Ричард Фейнман

Основная статья: Внизу много места
Ричард Фейнман выступил с докладом в 1959 году, который много лет спустя вдохновил концептуальные основы нанотехнологии.

Американец физик Ричард Фейнман прочитал лекцию "Внизу много места," загар Американское физическое общество встреча в Калтех 29 декабря 1959 года, что, как часто считается, послужило источником вдохновения для области нанотехнологии. Фейнман описал процесс, с помощью которого можно развить способность манипулировать отдельными атомами и молекулами, используя один набор точных инструментов для создания и управления другим пропорционально меньшим набором, и так далее до необходимого масштаба. В ходе этого, отметил он, проблемы масштабирования возникнут из-за изменения величины различных физических явлений: гравитация станет менее важной, поверхностное натяжение и Достопримечательность Ван-дер-Ваальса станет более важным.[5]

После смерти Фейнмана ученый, изучающий историческое развитие нанотехнологий, пришел к выводу, что его реальная роль в ускорении исследований нанотехнологий была ограничена, основываясь на воспоминаниях многих людей, активно участвовавших в зарождающейся области в 1980-х и 1990-х годах. Крис Тумей, культурный антрополог на Университет Южной Каролины, обнаружили, что опубликованные версии выступления Фейнмана оказали незначительное влияние в течение двадцати лет после его первой публикации, если судить по цитированию в научной литературе, и не намного большее влияние в течение десятилетия после Сканирующий туннельный микроскоп была изобретена в 1981 году. Впоследствии интерес к теме «Много места» в научной литературе резко возрос в начале 1990-х годов. Вероятно, это связано с тем, что термин «нанотехнология» привлек серьезное внимание незадолго до этого, после того, как его использовали К. Эрик Дрекслер в своей книге 1986 года Двигатели созидания: грядущая эра нанотехнологий, который взял концепцию Фейнмана о миллиарда крошечных фабрик и добавил идею о том, что они могут делать больше копий самих себя с помощью компьютерного управления, а не управления со стороны человека-оператора; и в титульной статье под заголовком «Нанотехнологии»,[6][7] опубликовано позже в том же году в ориентированном на науку массовом журнале, Омни. Анализ Туми также включает комментарии выдающихся ученых в области нанотехнологий, которые говорят, что «Много места» не повлияло на их ранние работы, и на самом деле большинство из них не читали его до более позднего времени.[8][9]

Эти и другие события намекают на то, что повторное открытие книги Фейнмана «Много места» дало нанотехнологиям упакованную историю, в которой указана ранняя дата декабря 1959 года, а также связь с харизмой и гением Ричарда Фейнмана. Статус Фейнмана как нобелевского лауреата и знаковой фигуры науки 20-го века, несомненно, помог сторонникам нанотехнологий и обеспечил ценную интеллектуальную связь с прошлым.[10]

Норио Танигучи

Основная статья: Норио Танигучи

Японский ученый Норио Танигучи из Токийский университет науки был первым, кто использовал термин «нанотехнология» на конференции 1974 г.,[11] для описания полупроводниковых процессов, таких как осаждение тонких пленок и ионно-лучевое измельчение, с характеристиками управления порядка нанометра. Его определение было таким: «Нанотехнология в основном состоит из обработки, разделения, консолидации и деформации материалов одним атомом или одной молекулой». Однако этот термин не использовался снова до 1981 года, когда Эрик Дрекслер, который не знал о том, что Танигучи ранее использовал этот термин, опубликовал свою первую статью по нанотехнологиям в 1981 году.[12][13][14]

К. Эрик Дрекслер

К. Эрик Дрекслер разработал и популяризировал концепцию нанотехнологий и основал область молекулярная нанотехнология.
Основная статья: Эрик Дрекслер

В 1980-х годах идея нанотехнологий как детерминированный, скорее, чем стохастический Работа с отдельными атомами и молекулами была концептуально глубоко исследована К. Эриком Дрекслером, который продвигал технологическое значение наноразмерных явлений и устройств в своих выступлениях и двух влиятельных книгах.

В 1980 году Дрекслер столкнулся с провокационным выступлением Фейнмана 1959 года «На дне много места», когда готовил свою первую научную статью на эту тему «Молекулярная инженерия: подход к развитию общих возможностей для молекулярных манипуляций», опубликованную в Труды Национальной академии наук в 1981 г.[15] Термин «нанотехнологии» (который параллельно «Нанотехнология» Танигучи ) был независимо применен Дрекслером в его книге 1986 г. Двигатели созидания: грядущая эра нанотехнологий, который предложил идею наноразмерного «ассемблера», который мог бы создавать копии самого себя и других элементов произвольной сложности. Он также впервые опубликовал термин "серая слизь "описать, что может произойти, если гипотетический самовоспроизводящаяся машина, способные к автономной работе, были построены и выпущены. Видение нанотехнологии Дрекслером часто называют "Молекулярная нанотехнология "(MNT) или" молекулярное производство ".

Его докторская степень 1991 г. работать в MIT Media Lab получил первую докторскую степень по теме молекулярной нанотехнологии и (после некоторого редактирования) его диссертацию «Молекулярные машины и производство с приложениями к вычислениям».[16] был опубликован как Наносистемы: молекулярная техника, производство и вычисления,[17] который получил награду Ассоциации американских издателей за лучшую книгу по информатике 1992 года. Дрекслер основал Институт Форсайта в 1986 году с миссией «Подготовка к нанотехнологиям». Дрекслер больше не является членом Foresight Institute.[нужна цитата ]

Экспериментальные исследования и достижения

В наноэлектроника, наноразмерная толщина была продемонстрирована в оксид ворот и тонкие пленки используется в транзисторы еще в 1960-х, но только в конце 1990-х МОП-транзисторы (полевые транзисторы металл – оксид – полупроводник) с наноразмерными ворота длина были продемонстрированы. Нанотехнологии и нанонаука получил импульс в начале 1980-х, когда произошли два важных события: рождение кластер наука и изобретение сканирующий туннельный микроскоп (СТМ). Эти разработки привели к открытию фуллерены в 1985 г. и структурное присвоение углеродные нанотрубки в 1991 году. Развитие FinFET в 1990-х годах Альдо заложил основы современного наноэлектроника изготовление полупроводниковых приборов.

Наноразмерные транзисторы

Основная статья: Наноэлектроника
Смотрите также: Изготовление полупроводниковых приборов и Количество транзисторов
Мохамед Аталла (слева) и Давон Канг (справа) продемонстрировал МОП-транзистор с 100 нм оксид ворот толщиной в 1960 г., а нанослойная основа M – S переход транзистор с помощью тонкие пленки с 10 нм толщина в 1962 г.

В 1960 году египетский инженер Мохамед Аталла и корейский инженер Давон Канг в Bell Labs сфабрикованный первый МОП-транзистор (полевой транзистор металл – оксид – полупроводник) с оксид ворот толщина 100 нм вместе с ворота длина 20 мкм.[18] В 1962 году Аталла и Канг изготовили нанослойную основу. переход металл – полупроводник (Перекресток M – S) транзистор что использовал золото (Au) тонкие пленки толщиной 10 нм.[19] В 1987 году иранский инженер Биджан Давари привел IBM исследовательская группа, которая продемонстрировала первый MOSFET с 10 нм толщина оксида затвора, используя вольфрам -вратная технология.[20]

Многозатворные полевые МОП-транзисторы включено масштабирование ниже 20 нм длина ворот, начиная с FinFET (плавниковый полевой транзистор), трехмерный непланарный полевой МОП-транзистор с двумя затворами.[21] FinFET происходит от транзистора DELTA, разработанного Центральная исследовательская лаборатория Hitachi Диг Хисамото, Тору Кага, Йошифуми Кавамото и Эйдзи Такеда в 1989 году.[22][23][24][25] В 1997 г. DARPA заключил контракт с исследовательской группой в Калифорнийский университет в Беркли для развития глубокой суб-микрон Транзистор ДЕЛЬТА.[25] Группа состояла из Хисамото вместе с TSMC с Ченмин Ху и других международных исследователей, включая Цу-Джэ Кинг Лю, Джеффри Бокор, Хидеки Такеучи, К. Асано, Якуб Кедзерск, Сюэдзюэ Хуанг, Леланд Чанг, Ник Линдерт, Шибли Ахмед и Сайрус Табери. Команда успешно изготовила устройства FinFET вплоть до 17 нм процесс в 1998 году, а затем 15 нм в 2001 году. В 2002 году группа, в которую входили Ю, Чанг, Ахмед, Ху, Лю, Бокор и Табери, изготовила 10 нм Устройство FinFET.[21]

В 2006 году группа корейских исследователей из Корейский передовой институт науки и технологий (KAIST) и Национальный центр Nano Fab Center разработали 3 нм MOSFET, самый маленький в мире наноэлектроника устройство. Он был основан на круговой (GAA) Технология FinFET.[26][27]

Изобретение сканирующей зондовой микроскопии

Герд Бинниг (слева) и Генрих Рорер (справа) получили Нобелевскую премию по физике 1986 г. за изобретение в 1981 г. сканирующий туннельный микроскоп.

В сканирующий туннельный микроскоп инструмент для визуализации поверхностей на атомном уровне, был разработан в 1981 г. Герд Бинниг и Генрих Рорер в Исследовательская лаборатория IBM в Цюрихе, за что были награждены Нобелевская премия по физике в 1986 г.[28][29] Бинниг, Кальвин Куэйт и Кристоф Гербер изобрел первый атомно-силовой микроскоп в 1986 году. Первый коммерчески доступный атомно-силовой микроскоп был представлен в 1989 году.

IBM Исследователь Дон Эйглер был первым, кто манипулировал атомами с помощью сканирующего туннельного микроскопа в 1989 году. Он использовал 35 Ксенон атомы в разобрать логотип IBM.[30] Он поделился 2010 Премия Кавли в Нанонауке за эту работу.[31]

Достижения в области интерфейсной и коллоидной науки

Интерфейс и коллоидная наука существовали почти столетие, прежде чем стали ассоциироваться с нанотехнологиями.[32][33] Первые наблюдения и измерения размеров наночастиц были выполнены в первом десятилетии 20-го века. Ричард Адольф Жигмонди, победитель 1925 г. Нобелевская премия по химии, детально изучившие золотые золи и другие наноматериалы размером до 10 нм с использованием ультрамикроскоп который был способен визуализировать частицы намного меньше, чем свет длина волны.[34] Зигмонди также был первым, кто использовал термин «нанометр» для определения размера частиц. В 1920-е гг. Ирвинг Ленгмюр, лауреат Нобелевской премии по химии 1932 г. и Кэтрин Б. Блоджетт представил концепцию монослой, слой материала толщиной в одну молекулу. В начале 1950-х годов Дерягин и Абрикосова провели первое измерение поверхностных сил.[35]

В 1974 г. осаждение атомного слоя для нанесения однородных тонких пленок по одному атомному слою за раз был разработан и запатентован Туомо Сунтола и его сотрудниками в Финляндии.[36]

В другом развитии синтез и свойства полупроводника нанокристаллы были изучены. Это привело к быстрому увеличению числа полупроводник наночастицы квантовые точки.

Открытие фуллеренов

Гарри Крото (слева) получил Нобелевскую премию по химии 1996 г. вместе с Ричардом Смолли (на фото ниже) и Робертом Керлом за открытие в 1985 г. бакминстерфуллерен, в то время как Сумио Иидзима (справа) выиграл первый конкурс 2008 года. Премия Кавли в области нанонауки за открытие в 1991 г. углеродные нанотрубки.

Фуллерены были открыты в 1985 году Гарри Крото, Ричард Смолли, и Роберт Керл, которые вместе выиграли 1996 год Нобелевская премия по химии. Исследования Смолли в области физической химии исследовали образование неорганических и полупроводниковых кластеров с использованием импульсных молекулярных пучков и времени пролета. масс-спектрометрии. В результате этого опыта Керл познакомил его с Крото, чтобы исследовать вопрос о составляющих астрономической пыли. Это богатые углеродом зерна, выброшенные старыми звездами, такими как R Corona Borealis. Результатом этого сотрудничества стало открытие C60 и фуллерены как третьи аллотропный форма углерода. Последующие открытия включали эндоэдральные фуллерены, и более крупное семейство фуллеренов в следующем году.[37][38]

Открытие углеродные нанотрубки в значительной степени связано с Сумио Иидзима из NEC в 1991 году, хотя углеродные нанотрубки производились и наблюдались в различных условиях до 1991 года.[39] Открытие Иидзимой многостенных углеродных нанотрубок в нерастворимом материале графитовых стержней, полученных дугой, в 1991 году.[40] и независимое предсказание Минтмайра, Данлэпа и Уайта о том, что если можно будет сделать однослойные углеродные нанотрубки, то они будут демонстрировать замечательные проводящие свойства.[41] помогли создать первоначальный шум, который сейчас связан с углеродными нанотрубками. Исследования нанотрубок значительно ускорились после независимых открытий.[42][43] Бетьюн из IBM[44] и Иидзима в NEC одностенный углеродные нанотрубки и способы их получения путем добавления катализаторов на основе переходных металлов к углероду в дуговом разряде.

В начале 1990-х годов Хаффман и Кретчмер из Университет Аризоны, открыл, как синтезировать и очищать большие количества фуллеренов. Это открыло путь к их характеристике и функционализации сотнями исследователей в государственных и промышленных лабораториях. Вскоре после этого легированный рубидием C60 оказался среднетемпературным (Tc = 32 K) сверхпроводником. На собрании Общества исследования материалов в 1992 году доктор Т. Эббезен (NEC) рассказал очарованной аудитории о своем открытии и описании углеродных нанотрубок. Это мероприятие отправило присутствующих и других участников его презентации в свои лаборатории, чтобы воспроизвести и продвинуть вперед эти открытия. Используя те же или похожие инструменты, которые использовали Хаффман и Крачмер, сотни исследователей продолжили развитие области нанотехнологий на основе нанотрубок.

Государственная и корпоративная поддержка

Национальная нанотехнологическая инициатива

Михаил Роко из Национальный фонд науки официально предложил Национальная нанотехнологическая инициатива к белый дом, и был ключевым архитектором на начальном этапе его разработки.
Основная статья: Национальная нанотехнологическая инициатива

Национальная нанотехнологическая инициатива - это Соединенные Штаты федеральные нанотехнологии исследования и разработки программа. «NNI служит центром коммуникации, сотрудничества и взаимодействия для всех федеральных агентств, занимающихся исследованиями в области нанотехнологий, объединяя опыт, необходимый для развития этой обширной и сложной области».[45] Его цели - продвижение программы исследований и разработок в области нанотехнологий (НИОКР) мирового уровня, содействие передаче новых технологий в продукты для коммерческого и общественного блага, развитие и поддержание образовательных ресурсов, квалифицированной рабочей силы и вспомогательной инфраструктуры и инструментов для продвижения нанотехнологии и поддерживать ответственное развитие нанотехнологий. Инициатива была инициирована Михаил Роко, который официально предложил Национальную нанотехнологическую инициативу Управление научно-технической политики во время администрации Клинтона в 1999 году и был ключевым архитектором в его развитии. В настоящее время он является старшим советником по нанотехнологиям в Национальный фонд науки, а также председатель Национальный совет по науке и технологиям подкомитет по наноразмерной науке, технике и технологиям.[46]

Президент Билл Клинтон выступал за нанотехнологии разработка. В речи 21 января 2000 г.[47] на Калифорнийский технологический институт Клинтон сказала: «Для достижения некоторых из наших исследовательских целей может потребоваться двадцать или более лет, но именно поэтому федеральное правительство играет важную роль». Статус Фейнмана и концепция производства атомарной точности сыграли роль в обеспечении финансирования исследований в области нанотехнологий, как упоминалось в речи президента Клинтона:

Мой бюджет поддерживает новую крупную Национальную инициативу в области нанотехнологий стоимостью 500 миллионов долларов. Калтех не новичок в идее нанотехнологий, способных управлять материей на атомном и молекулярном уровне. Более 40 лет назад Ричард Фейнман из Калифорнийского технологического института спросил: «Что бы произошло, если бы мы могли расположить атомы один за другим так, как мы хотим?»[48]

Президент Джордж Буш дальнейшее увеличение финансирования нанотехнологий. 3 декабря 2003 г. Буш подписано в законе Закон о нанотехнологических исследованиях и разработках 21 века,[49] который санкционирует расходы пяти участвующих агентств на общую сумму АМЕРИКАНСКИЙ ДОЛЛАР$ 3,63 миллиарда за четыре года.[50] Дополнение к бюджету NNI на 2009 финансовый год предоставляет NNI 1,5 миллиарда долларов, что отражает устойчивый рост инвестиций в нанотехнологии.[51]

Другая международная государственная и корпоративная поддержка

Более шестидесяти стран создали нанотехнологии исследования и разработки (R&D) государственные программы в период с 2001 по 2004 год. Государственное финансирование было превышено корпоративными расходами на НИОКР в области нанотехнологий, при этом большая часть финансирования поступала от корпораций, базирующихся в Соединенных Штатах, Японии и Германии. В пятерку крупнейших организаций, подавших наибольшее количество интеллектуальных патентов на исследования и разработки в области нанотехнологий в период с 1970 по 2011 гг. Samsung Electronics (2578 первых патентов), Nippon Steel (1490 первых патентов), IBM (1360 первых патентов), Toshiba (1298 первых патентов) и Canon (1162 первых патента). В первую пятерку организаций, опубликовавших наибольшее количество научных работ по нанотехнологическим исследованиям в период с 1970 по 2012 гг., Вошли: Китайская Академия Наук, Российская Академия Наук, Национальный центр научных исследований, Токийский университет и Осакский университет.[52]

Растущее общественное сознание и споры

«Почему мы не нужны будущему»

Основная статья: Почему мы не нужны будущему

«Почему мы не нужны будущему» - это статья, написанная Билл Джой, затем главный научный сотрудник Sun Microsystems, в апрельском выпуске 2000 г. Проводной журнал. В статье он утверждает, что «Наши самые мощные технологии 21 века - робототехника, генная инженерия, и нанотехнологии - угрожают превратить людей в вымирающие виды. "Джой утверждает, что развивающиеся технологии представляют гораздо большую опасность для человечества, чем любая технология, которая когда-либо была представлена. В частности, он сосредотачивается на генетика, нанотехнологии и робототехника. Он утверждает, что технологии разрушения 20-го века, такие как ядерная бомба, были ограничены крупными правительствами из-за сложности и стоимости таких устройств, а также сложности с приобретением необходимых материалов. Он также выражает озабоченность по поводу увеличения мощности компьютеров. Его беспокоит то, что компьютеры со временем станут более умными, чем мы, что приведет к таким антиутопия сценарии как восстание роботов. Он особенно цитирует Унабомбер по этой теме. После публикации статьи Билл Джой предложил оценить технологии, чтобы оценить их скрытые опасности, а также попросить ученых отказаться от работы над технологиями, которые могут нанести вред.

в AAAS Статья в Ежегоднике научно-технической политики 2001 г. Ответ Биллу Джою и мрачным технофутуристамБилла Джоя критиковали за то, что он имел технологическое видение своего прогноза и не учитывал социальные факторы.[53] В Рэй Курцвейл с Сингулярность близка, он поставил под сомнение регулирование потенциально опасных технологий, задав вопрос: «Должны ли мы сказать миллионам людей, страдающих от рака и других разрушительных состояний, что мы отменяем разработку всех биоинженерных методов лечения, потому что существует риск того, что эти же технологии могут когда-нибудь использоваться для злонамеренные цели? ".

Добыча

Основная статья: Prey (роман)

Добыча это роман 2002 года автора Майкл Крайтон В нем есть искусственный рой нанороботов, которые развивают интеллект и угрожают своим изобретателям-людям. Роман вызвал опасения в сообществе нанотехнологов, что роман может негативно повлиять на общественное восприятие нанотехнологий, создавая опасения перед подобным сценарием в реальной жизни.[54]

Дебаты Дрекслера – Смолли

Основная статья: Дебаты Дрекслера-Смолли о молекулярной нанотехнологии

Ричард Смолли, наиболее известный своим совместным открытием молекулы «бакибола» в форме футбольного мяча и ведущий защитник нанотехнологий и их многочисленных приложений, был откровенным критиком идеи молекулярные ассемблеры, как отстаивает Эрик Дрекслер. В 2001 году он представил им научные возражения.[55] атакуя понятие универсальных ассемблеров в 2001 г. Scientific American статья, ведущая к опровержение позже в том же году от Дрекслера и его коллег,[56] и в конечном итоге к обмену открытые письма в 2003 г.[57]

Смолли критиковал работу Дрекслера по нанотехнологиям как наивную, утверждая, что химия чрезвычайно сложна, реакции трудно контролировать и что универсальный ассемблер - это научная фантастика. Смолли считал, что такие ассемблеры физически невозможны, и выдвигал против них научные возражения. Его два основных технических возражения, которые он назвал «проблемой толстых пальцев» и «проблемой липких пальцев», выступали против возможности молекулярных ассемблеров, способных точно выбирать и размещать отдельные атомы. Он также считал, что рассуждения Дрекслера об апокалиптических опасностях молекулярных ассемблеров угрожают общественной поддержке развития нанотехнологий.

Смолли сначала утверждал, что «толстые пальцы» делают MNT невозможным. Позже он утверждал, что наномашины должны больше напоминать химические ферменты, чем ассемблеры Дрекслера, и могут работать только в воде. Он считал, что это исключит возможность «молекулярных ассемблеров», которые работали бы путем точного отбора и размещения отдельных атомов. Кроме того, Смолли утверждал, что почти вся современная химия включает реакции, протекающие в растворителе (обычно в воде), потому что маленькие молекулы растворителя вносят свой вклад во многие вещи, например, в снижение энергии связи для переходных состояний. Поскольку почти вся известная химия требует растворителя, Смолли считал, что предложение Дрекслера об использовании среды с высоким вакуумом неосуществимо.

Смолли также считал, что рассуждения Дрекслера об апокалиптических опасностях самовоспроизводящихся машин, которые приравниваются к «молекулярным ассемблерам», поставят под угрозу общественную поддержку развития нанотехнологий. Чтобы обратиться к дискуссии между Дрекслером и Смолли относительно молекулярных ассемблеров Новости химии и машиностроения опубликовал контрапункт, состоящий из обмена письмами, посвященными этим вопросам.[57]

Дрекслер и его коллеги ответили на эти две проблемы.[56] в публикации 2001 г. Дрекслер и его коллеги отметили, что Дрекслер никогда не предлагал универсальных ассемблеров, способных сделать абсолютно все, а вместо этого предлагал более ограниченные ассемблеры, способные производить очень широкий спектр вещей. Они оспорили релевантность аргументов Смолли более конкретным предложениям, выдвинутым в Наносистемы. Дрекслер утверждал, что оба соломенный человек В 1994 г. проф. Клибанов писал, что "... использование фермента в органических растворителях устраняет ряд препятствий ..."[58] Дрекслер также обращается к этому в «Наносистемах», математически показывая, что хорошо сконструированные катализаторы могут обеспечивать эффекты растворителя и в принципе могут быть сделаны даже более эффективными, чем могла бы быть реакция растворитель / фермент. Дрекслеру было трудно заставить Смолли ответить, но в декабре 2003 г. Новости химии и машиностроения провел дискуссию из 4 частей.[57]

Рэй Курцвейл В своей книге «Сингулярность близка» он посвятил четыре страницы тому, чтобы показать, что аргументы Ричарда Смолли недействительны, и оспорить их по пунктам. Курцвейл заканчивает тем, что заявляет, что видения Дрекслера вполне осуществимы и даже уже происходят.[59]

Отчет Королевского общества о последствиях нанотехнологий

Дальнейшая информация: Исследования по применению нанотехнологий

В Королевское общество и Королевская инженерная академия Отчет 2004 г. о последствиях нанонауки и нанотехнологий[60] был вдохновлен Принц Чарльз ' опасения по поводу нанотехнологии, включая молекулярное производство. Однако в докладе почти не упоминалось молекулярное производство.[61] Фактически, слово "Дрекслер "появляется только один раз в тексте отчета (мимоходом), а" молекулярное производство "или"молекулярная нанотехнология Вовсе нет. В отчете рассматриваются различные риски, связанные с наноразмерными технологиями, такими как токсикология наночастиц. В нем также содержится полезный обзор нескольких областей наномасштаба. Отчет содержит приложение (приложение) по серая слизь, который указывает на более слабый вариант Ричард Смолли Спорный аргумент против молекулярного производства. В нем делается вывод об отсутствии доказательств того, что в обозримом будущем будут разработаны автономные самовоспроизводящиеся наномашины, и предлагается, чтобы регулирующие органы больше интересовались вопросами токсикологии наночастиц.

Начальные коммерческие приложения

Дальнейшая информация: Список приложений нанотехнологий

В начале 2000-х годов началось использование нанотехнологий в коммерческих продуктах, хотя большинство приложений ограничиваются массовым использованием пассивных наноматериалы. Примеры включают оксид титана и оксид цинка наночастицы в солнцезащитных кремах, косметике и некоторых продуктах питания; наночастицы серебра в пищевой упаковке, одежде, дезинфицирующих средствах и бытовых приборах, таких как Серебряное нано; углеродные нанотрубки для грязеотталкивающего текстиля; и оксид церия в качестве топливного катализатора.[62] По состоянию на 10 марта 2011 г. Проект по новым нанотехнологиям По оценкам, более 1300 нанотехнологических продуктов, определенных производителем, являются общедоступными, а новые появляются на рынке со скоростью 3-4 в неделю.[63]

В Национальный фонд науки финансировал исследователя Дэвида Берубе для изучения области нанотехнологий. Его результаты опубликованы в монографии Nano-Hype: The Truth Behind the Nanotechnology Buzz. В этом исследовании делается вывод о том, что большая часть того, что продается как «нанотехнологии», на самом деле представляет собой переработку прямого материаловедения, что ведет к «нанотехнологической индустрии, построенной исключительно на продаже нанотрубок, нанопроволок и тому подобного», которая «в конечном итоге приведет к несколько поставщиков, продающих низкорентабельные продукты в огромных объемах ». Дальнейшие приложения, которые требуют реальных манипуляций или расположения наноразмерных компонентов, ждут дальнейших исследований. Хотя технологии, обозначенные термином« нано », иногда мало связаны с самыми амбициозными и революционными подобные технологические цели в предложениях по молекулярному производству, этот термин до сих пор ассоциируется с такими идеями. По словам Берубе, может существовать опасность того, что «нанопузырь» сформируется или уже формируется, из-за использования этого термина учеными и предпринимателями для получения финансирования, независимо от интереса к преобразующим возможностям более амбициозной и дальновидной работы.[64]

Коммерческий наноэлектроника изготовление полупроводниковых приборов началось в 2010-х. В 2013, SK Hynix начал коммерческое серийное производство 16 нм процесс,[65] TSMC начато производство 16 нм FinFET процесс,[66] и Samsung Electronics начал производство 10 нм процесс.[67] TSMC начал производство 7 нм процесс в 2017 году,[68] и Samsung начали производство 5 нм процесс в 2018 году.[69] В 2019 году Samsung объявила о планах по серийному производству 3 нм GAAFET к 2021 году.[70]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Сандерсон, Кэтрин (15 ноября 2006 г.). «Острый вырез из меча из нанотрубок». Новости природы. Дои:10.1038 / news061113-11. S2CID  136774602.
  2. ^ Рейсс, Гюнтер; Хаттен, Андреас (2010). «Магнитные наночастицы». В Sattler, Клаус Д. (ред.). Справочник по нанофизике: наночастицы и квантовые точки. CRC Press. С. 2–1. ISBN  9781420075458.
  3. ^ а б Хан, Фирдос Алам (2012). Основы биотехнологии. CRC Press. п. 328. ISBN  9781439820094.
  4. ^ Роусон, Филип С. (1984). Керамика. Университет Пенсильвании Press. ISBN  978-0-8122-1156-6.
  5. ^ Гриббин, Джон; Гриббин, Мэри (1997). Ричард Фейнман: жизнь в науке. Даттон. п.170. ISBN  978-0-452-27631-4.
  6. ^ Хэпгуд, Фред (ноябрь 1986). ""Нанотехнологии »/« Tinytech"". Омни: 56.
  7. ^ Дрекслер, Эрик (15 декабря 2009 г.). «Обещание, положившее начало области нанотехнологий». Метамодерн: траектория технологий. Архивировано из оригинал 14 июля 2011 г.. Получено 13 мая 2011.
  8. ^ Туми, Крис (2005). «Апостольское преемство» (PDF). Инженерия и наука. 1/2: 16–23.
  9. ^ Туми, Крис (2008). «Читая Фейнмана о нанотехнологиях: текст для новой науки» (PDF). Techné. 13 (3): 133–168. Архивировано из оригинал (PDF) 19 сентября 2009 г.
  10. ^ Милберн, Колин (2008). Nanovision: проектирование будущего. Издательство Университета Дьюка. ISBN  978-0-8223-4265-6.
  11. ^ Танигучи, Норио (1974). «Об основной концепции« нанотехнологий »'". Труды Международной конференции по технологии производства, Токио, 1974 г., часть II.
  12. ^ Бассетт, Дебора Р. (2010). "Танигути, Норио". В Гастоне, Дэвид Х. (ред.). Энциклопедия нанонауки и общества. Лондон: МУДРЕЦ. п. 747. ISBN  9781452266176. Получено 3 августа 2014.
  13. ^ Koodali, Ranjit T .; Клабунде, Кеннет Дж. (2012). «Нанотехнологии: основные принципы и приложения». В Кенте, Джеймс А. (ред.). Справочник по промышленной химии и биотехнологии, том 1 (12-е изд.). Нью-Йорк: Спрингер. п. 250. ISBN  9781461442592. Получено 3 августа 2014.
  14. ^ Мейнард, под редакцией Грэма А. Ходжа, Дайаны М. Боуман, Эндрю Д. (2010). «Отслеживание и обсуждение истории нанотехнологий». In Hodge, Graeme A .; Bowman, Diana M .; Мейнард, Эндрю Д. (ред.). Международный справочник по регулированию нанотехнологий. Челтенхэм, Великобритания: Эдвард Элгар. п. 54. ISBN  9781849808125. Получено 4 августа 2014.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов (связь)
  15. ^ Дрекслер, К. Э. (1981). «Молекулярная инженерия: подход к развитию общих возможностей для молекулярных манипуляций». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 78 (9): 5275–5278. Bibcode:1981PNAS ... 78.5275D. Дои:10.1073 / пнас.78.9.5275. ЧВК  348724. PMID  16593078.
  16. ^ Дрекслер, К. Эрик. Молекулярная техника и производство с приложениями к вычислениям (PDF) (Кандидатская диссертация). Массачусетский Институт Технологий. Архивировано из оригинал (PDF) на 2008-09-08.
  17. ^ Дрекслер, К. Эрик (1992). Наносистемы: молекулярная техника, производство и вычисления. Вайли. ISBN  978-0-471-57518-4. Получено 14 мая 2011.
  18. ^ Зе, Саймон М. (2002). Полупроводниковые приборы: физика и технологии (PDF) (2-е изд.). Wiley. п. 4. ISBN  0-471-33372-7.
  19. ^ Паса, Андре Авелино (2010). "Глава 13: Металлический транзистор на основе нанослоя". Справочник по нанофизике: наноэлектроника и нанофотоника. CRC Press. С. 13–1, 13–4. ISBN  9781420075519.
  20. ^ Давари, Биджан; Тинг, Чунг-Ю; Ahn, Kie Y .; Basavaiah, S .; Ху, Чао-Кун; Таур, Юань; Wordeman, Matthew R .; Aboelfotoh, O .; Крусин-Эльбаум, Л .; Джоши, Раджив В .; Полкари, Майкл Р. (1987). «Субмикронный МОП-транзистор с вольфрамовым затвором и оксидом затвора 10 нм». 1987 Симпозиум по технологии СБИС. Сборник технических статей: 61–62.
  21. ^ а б Цу ‐ Джэ Кинг, Лю (11 июня 2012 г.). «FinFET: история, основы и будущее». Калифорнийский университет в Беркли. Симпозиум по технологии СБИС Краткий курс. Получено 9 июля 2019.
  22. ^ Колиндж, Дж. П. (2008). FinFET и другие транзисторы с несколькими затворами. Springer Science & Business Media. п. 11. ISBN  9780387717517.
  23. ^ Hisamoto, D .; Кага, Т .; Kawamoto, Y .; Такеда, Э. (декабрь 1989 г.). «Полностью обедненный транзистор с обедненным каналом (ДЕЛЬТА) - новый вертикальный ультратонкий КНИ МОП-транзистор». Международный технический дайджест по электронным устройствам: 833–836. Дои:10.1109 / IEDM.1989.74182. S2CID  114072236.
  24. ^ «Получатели премии IEEE Andrew S. Grove Award». Премия IEEE Эндрю С. Гроув. Институт инженеров по электротехнике и электронике. Получено 4 июля 2019.
  25. ^ а б «Прорывное преимущество для ПЛИС с технологией Tri-Gate» (PDF). Intel. 2014. Получено 4 июля 2019.
  26. ^ «Тихая комната на дне (нанометровый транзистор, разработанный Ян-кю Чой из Корейского передового института науки и технологий)», Новости наночастиц, 1 апреля 2006 г., архивировано из оригинал 6 ноября 2012 г.
  27. ^ Ли, Хёнджин; и другие. (2006), «Sub-5nm All-Around Gate FinFET для максимального масштабирования», Симпозиум по технологии СБИС, 2006 г.: 58–59, Дои:10.1109 / VLSIT.2006.1705215, HDL:10203/698, ISBN  978-1-4244-0005-8, S2CID  26482358
  28. ^ Binnig, G .; Рорер, Х. (1986). «Сканирующая туннельная микроскопия». Журнал исследований и разработок IBM. 30 (4): 355–69.
  29. ^ "Пресс-релиз: Нобелевская премия по физике 1996 г.". Nobelprize.org. 15 октября 1986 г.. Получено 12 мая 2011.
  30. ^ Шенкленд, Стивен (28 сентября 2009 г.). «35 атомов IBM и рост нанотехнологий». CNET. Получено 12 мая 2011.
  31. ^ «Лауреаты премии Кавли 2010». Норвежская академия наук и литературы. Архивировано из оригинал 12 мая 2011 г.. Получено 13 мая 2011.
  32. ^ Ефремов, И.Ф. (1976). «Периодические коллоидные структуры». В Матиевиче, Э. (ред.). Поверхностная и коллоидная наука. 8. Нью-Йорк: Вили.
  33. ^ Ликлема, Дж. (2000). Основы интерфейсной и коллоидной науки. Академическая пресса. ISBN  978-0-12-460523-7. Архивировано из оригинал на 2012-10-12. Получено 2011-05-12.
  34. ^ Жигмонди, Р. (1914). Коллоиды и ультрамикроскоп. Нью-Йорк: Джей Уайли и сыновья. Получено 10 мая 2011.
  35. ^ Дерягин, Б.В .; Титиевская, А. С .; Абрикосова, И. И .; Малкина, А. Д. (1954). «Исследования сил взаимодействия поверхностей в различных средах и их приложение к проблеме устойчивости коллоидов». Обсуждения общества Фарадея. 18: 24. Дои:10.1039 / DF9541800024.
  36. ^ «История осаждения атомных слоев». Финская сеть микро- и нанотехнологий. Архивировано из оригинал 28 сентября 2007 г.
  37. ^ Kroto, H.W .; Heath, J. R .; O'Brien, S.C .; Curl, R. F .; Смолли Р. Э. (1985). "C60: Бакминстерфуллерен ". Природа. 318 (6042): 162–163. Bibcode:1985Натура.318..162K. Дои:10.1038 / 318162a0. S2CID  4314237.
  38. ^ Адамс, В. Уэйд; Баумэн, Рэй H (2005). «Ретроспектива: Ричард Э. Смолли (1943–2005)». Наука. 310 (5756) (опубликовано 23 декабря 2005 г.). п. 1916 г. Дои:10.1126 / science.1122120. PMID  16373566.
  39. ^ Монтиу, Марк; Кузнецов, В (2006). «Кому следует отдать должное за открытие углеродных нанотрубок?» (PDF). Углерод. 44 (9): 1621–1623. Дои:10.1016 / j.carbon.2006.03.019.
  40. ^ Иидзима, Сумио (7 ноября 1991 г.). «Винтовые микротрубочки графитового углерода». Природа. 354 (6348): 56–58. Bibcode:1991Натура 354 ... 56I. Дои:10.1038 / 354056a0. S2CID  4302490.
  41. ^ Mintmire, J.W .; Данлэп, Б.И.; Уайт, Коннектикут (1992). «Металлические ли трубочки фуллерена?». Письма с физическими проверками. 68 (5): 631–634. Bibcode:1992ПхРвЛ..68..631М. Дои:10.1103 / PhysRevLett.68.631. PMID  10045950.
  42. ^ Bethune, D. S .; Klang, C.H .; De Vries, M. S .; Gorman, G .; Savoy, R .; Vazquez, J .; Бейерс, Р. (1993). «Катализируемый кобальтом рост углеродных нанотрубок с одноатомными слоями стенок». Природа. 363 (6430): 605–607. Bibcode:1993Натура.363..605Б. Дои:10.1038 / 363605a0. S2CID  4321984.
  43. ^ Иидзима, Сумио; Ичихаши, Тошинари (1993). «Однослойные углеродные нанотрубки диаметром 1 нм». Природа. 363 (6430): 603–605. Bibcode:1993Натура.363..603I. Дои:10.1038 / 363603a0. S2CID  4314177.
  44. ^ «Открытие одностенных углеродных нанотрубок в IBM». IBM. 2016-07-25.
  45. ^ "О ННИ | Нано".
  46. ^ "Доктор Михаил К. Роко, старший советник по нанотехнологиям, Национальный научный фонд". Национальный фонд науки. Архивировано из оригинал 11 апреля 2010 г.. Получено 8 ноября 2009.
  47. ^ «Обращение президента Клинтона к Калифорнийскому технологическому институту по вопросам науки и технологий». Калифорнийский технологический институт. Архивировано из оригинал 7 августа 2011 г.. Получено 13 мая 2011.
  48. ^ Джонс, Ричард М. (21 января 2000 г.). «Президент требует значительного увеличения бюджета на исследования на 2001 финансовый год». К вашему сведению: Бюллетень новостей научной политики AIP. Американский институт физики. Получено 13 мая 2011.
  49. ^ "Закон о нанотехнологических исследованиях и разработках 21 века (публичный закон 108-153)". Государственная типография США. Получено 12 мая 2011.
  50. ^ «Замечания, подготовленные к отправке: конференция Национальной инициативы в области нанотехнологий, сенатор Джордж Аллен, четверг, 1 апреля 2004 г.». Национальная нанотехнологическая инициатива США. Архивировано из оригинал 27 сентября 2007 г.
  51. ^ «Национальная нанотехнологическая инициатива: бюджет и основные показатели 2009 финансового года» (PDF). Национальная нанотехнологическая инициатива США. Архивировано из оригинал (PDF) 27 мая 2010 г.
  52. ^ Мировой доклад об интеллектуальной собственности: прорывные инновации и экономический рост (PDF). Всемирная организация интеллектуальной собственности. 2015. С. 112–4.. Получено 9 июля 2019.
  53. ^ Браун, Джон Сили и Дугид, Пол (13 апреля 2000 г.). "Ответ Биллу Джою и мрачным технофутуристам" (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 31 декабря 2003 г.. Получено 12 мая 2011.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  54. ^ Эдвардс, Стивен А. (2006). Пионеры нанотехнологий: куда они нас ведут?. Вайнхайм: Wiley-VCH. стр.22 –23.
  55. ^ Смолли, Ричард Э. (сентябрь 2001 г.). «О химии, любви и наноботах». Scientific American. 285 (3): 76–7. Bibcode:2001SciAm.285c..76S. Дои:10.1038 / scientificamerican0901-76. PMID  11524973. Архивировано из оригинал на 2012-07-23. Получено 2011-05-12.
  56. ^ а б Дрекслер, К. Эрик; Форрест, Дэвид; Freitas, Robert A .; Холл, Дж. Сторрс; Якобштейн, Нил; Маккендри, Том; Меркл, Ральф; Петерсон, Кристина (2001). «Дебаты о сборщиках - опровержение Смолли». Институт молекулярного производства. Получено 9 мая 2010.
  57. ^ а б c «Нанотехнологии: Дрекслер и Смолли выступают за и против« молекулярных ассемблеров ».'". Новости химии и машиностроения. 81 (48): 37–42. 1 декабря 2003 г. Дои:10.1021 / cen-v081n036.p037. Получено 9 мая 2010.
  58. ^ Феникс, Крис (декабрь 2003 г.). «О химии, наноботах и ​​политике». Центр ответственных нанотехнологий. Получено 12 мая 2011.
  59. ^ Курцвейл, Рэй (2005). Сингулярность близка. стр.193–196. ISBN  978-0-670-03384-3.
  60. ^ «Нанонаука и нанотехнологии: возможности и неопределенности». Королевское общество и Королевская инженерная академия. Июль 2004 г. Архивировано с оригинал 3 июля 2018 г.. Получено 13 мая 2011.
  61. ^ "Королевское общество в отрицании". Центр ответственных нанотехнологий. 31 июля 2004 г.. Получено 13 мая 2011.
  62. ^ «Информационный центр по нанотехнологиям: свойства, применение, исследования и рекомендации по безопасности». Американские элементы. Получено 13 мая 2011.
  63. ^ «Анализ: это первая общедоступная онлайн-инвентаризация потребительских товаров на основе нанотехнологий». Проект «Новые нанотехнологии». 2008 г.. Получено 13 мая 2011.
  64. ^ Берубе, Дэвид (2006). Нано-хайп: правда о нанотехнологиях. Амхерст, Нью-Йорк: Книги Прометея. Архивировано из оригинал на 2017-10-28. Получено 2020-01-15.
  65. ^ «История: 2010-е». SK Hynix. Получено 8 июля 2019.
  66. ^ «Технология 16/12 нм». TSMC. Получено 30 июн 2019.
  67. ^ "Samsung массового производства 128 ГБ 3-битной флэш-памяти MLC NAND". Оборудование Тома. 11 апреля 2013 г.. Получено 21 июн 2019.
  68. ^ «7нм технология». TSMC. Получено 30 июн 2019.
  69. ^ Шилов, Антон. «Samsung завершает разработку 5-нм технологического процесса EUV». www.anandtech.com. Получено 2019-05-31.
  70. ^ Армасу, Лучиан (11 января 2019 г.), «Samsung планирует массовое производство 3-нм чипов GAAFET в 2021 году», www.tomshardware.com

внешняя ссылка