Продуктивные наносистемы

В 2007 году продуктивные наносистемы были определены как функциональные наноразмерные системы , которые создают атомарно заданные структуры и устройства под программным контролем, то есть осуществляют производство с атомарной точностью. ^{[ 1 ]} По состоянию на 2015 год такие устройства были лишь гипотетическими, а производительные наносистемы представляли собой более продвинутый подход среди нескольких методов производства атомарной точности. провело семинар по интегрированным наносистемам для производства атомарной точности В 2015 году Министерство энергетики . ^{[ 2 ]}

Современные технологии ограничены во многих отношениях. Больших структур атомарной точности (т. е. практически бездефектных) не существует. Сложные трехмерные наноструктуры существуют в виде свернутых линейных молекул, таких как ДНК-оригами и белки . По состоянию на 2018 год также стало возможным создавать очень маленькие атомарно точные структуры с помощью сканирующей зондовой микроскопии для создания таких молекул, как FeCO. ^{[ 3 ]} и триангулен или для выполнения литографии с депассивацией водорода. ^{[ 4 ]} Но пока невозможно систематически объединять компоненты для создания более крупных и сложных систем.

Как принципы физики, так и примеры из природы предполагают, что можно будет распространить производство с атомарной точностью на более сложные изделия большего размера, включающие более широкий спектр материалов. Примером прогресса в этом направлении может служить работа Кристиана Шафмайстера над бис-пептидами . ^{[ 5 ]}

Этапы развития нанотехнологий

В 2005 году Михаил Роко , один из архитекторов Национальной нанотехнологической инициативы США, предложил четыре состояния нанотехнологий, которые, похоже, соответствуют техническому прогрессу промышленной революции, из которых продуктивные наносистемы являются наиболее передовыми. ^{[ 6 ]}

1. Пассивные наноструктуры – наночастицы и нанотрубки, которые обеспечивают дополнительную прочность, электрическую и теплопроводность, ударную вязкость, гидрофильные/фобные и/или другие свойства, вытекающие из их наноразмерной структуры.

2. Активные наноустройства – наноструктуры, меняющие состояния с целью преобразования энергии, информации и/или выполнения полезных функций. Существуют некоторые споры о том, подходят ли сюда современные интегральные схемы, поскольку они работают несмотря на возникающие наноразмерные свойства, а не благодаря им. Таким образом, утверждается, что их нельзя квалифицировать как «новые» наноразмерные свойства, даже несмотря на то, что размеры самих устройств составляют от одного до ста нанометров.

3. Сложные наномашины – сборка различных наноустройств в наносистему для выполнения сложной функции. Некоторые утверждают, что Zettl машины подходят под эту категорию; другие утверждают, что современные микропроцессоры и FPGA также подходят.

4. Системы наносистем/Продуктивные наносистемы – это будут сложные наносистемы, которые производят атомарно точные детали для других наносистем, не обязательно используя новые наноразмерные свойства, но хорошо понятные основы производства. Из-за дискретной (т.е. атомной) природы материи и возможности экспоненциального роста этот этап рассматривается как основа новой промышленной революции. В настоящее время существует множество различных подходов к созданию продуктивных наносистем, включая нисходящие подходы, такие как узорчатая атомно-слоевая эпитаксия. ^{[ 7 ]} и алмазоидный механосинтез . ^{[ 8 ]} Существуют также восходящие подходы, такие как ДНК-оригами и синтез бис-пептидов . ^{[ 9 ]}

Пятый шаг, конвергенция информации/био/нано, был добавлен позже Роко. Это сближение трёх самых революционных технологий, поскольку всё живое состоит из атомов и информации.

См. также

Звенящий репликатор

Рибосома

Синтетическая биология

Ссылки

^ «Технологическая дорожная карта для производственных наносистем» (PDF) .
^ «Семинар «Интегрированные наносистемы для производства атомарной точности» – 5-6 августа 2015 г. | Министерство энергетики» . www.energy.gov . Проверено 5 июня 2018 г.
^ «Формирование и определение одинарных связей с помощью сканирующего туннельного микроскопа | Researchgate» . www.researchgate.com . Проверено 11 июля 2018 г.
^ «Производство атомарной точности: возможности, проблемы и влияние | Researchgate» . www.researchgate.com . Проверено 16 июля 2018 г.
^ www.chem.pitt.edu http://www.chem.pitt.edu/p.php?pid=51&usr_id=654 . Проверено 17 января 2024 г. {{cite web}}: Отсутствует или пусто |title= ( помощь )
^ «Международный взгляд на государственное финансирование нанотехнологий в 2005 году» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 31 января 2012 г.
^ «Презентация Zyvex Джона Рэндалла: Производство атомарной точности произойдет: пример этого десятилетия» (PDF) .
^ «Нанофабрика Коллаборация» .
^ «Молекулярное лего», Шафмайстер, CE, Scientific American , 2007, 296, 76.

[1] «Технологическая дорожная карта для производственных наносистем» (PDF) .

[2] «Семинар «Интегрированные наносистемы для производства атомарной точности» – 5-6 августа 2015 г. | Министерство энергетики» . www.energy.gov . Проверено 5 июня 2018 г.

[3] «Формирование и определение одинарных связей с помощью сканирующего туннельного микроскопа | Researchgate» . www.researchgate.com . Проверено 11 июля 2018 г.

[4] «Производство атомарной точности: возможности, проблемы и влияние | Researchgate» . www.researchgate.com . Проверено 16 июля 2018 г.

[5] www.chem.pitt.edu http://www.chem.pitt.edu/p.php?pid=51&usr_id=654 . Проверено 17 января 2024 г. {{cite web}}: Отсутствует или пусто |title= ( помощь )

[6] «Международный взгляд на государственное финансирование нанотехнологий в 2005 году» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 31 января 2012 г.

[7] «Презентация Zyvex Джона Рэндалла: Производство атомарной точности произойдет: пример этого десятилетия» (PDF) .

[8] «Нанофабрика Коллаборация» .

[9] «Молекулярное лего», Шафмайстер, CE, Scientific American , 2007, 296, 76.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]