:For die Material-Fachzeitschrift sehen Nanotechnologie (Zeitschrift)

Nanotechnologie (manchmal verkürzt zu "nanotech") ist die Studie, Sache auf einer atomaren und molekularen Skala zu manipulieren. Allgemein Nanotechnologie-Geschäfte mit sich entwickelnden Materialien, Geräten oder anderen Strukturen, die mindestens eine Dimension besitzen, von 1 bis 100 Nanometern nach Größen geordnet. Quant mechanische Effekten ist an dieser Skala des Quant-Bereichs wichtig. Es wird betrachtet, dass eine Schlüsseltechnologie für die zukünftigen und verschiedenen Regierungen Milliarden von Dollars in seiner Zukunft investiert hat. Die USA haben 3.7 Milliarden Dollar durch seine Nationale Nanotechnologie-Initiative investiert, die von Japan mit 750 Millionen und der Europäischen Union 1.2 Milliarden gefolgt ist.

Nanotechnologie ist im Intervall von Erweiterungen der herkömmlichen Gerät-Physik zu völlig neuen Annäherungen sehr verschieden, die auf dem molekularen Selbstzusammenbau, davon gestützt sind, neue Materialien mit Dimensionen auf dem nanoscale zur direkten Kontrolle der Sache auf der Atomskala zu entwickeln. Nanotechnologie hat die Anwendung von Feldern der Wissenschaft so verschieden zur Folge wie Oberflächenwissenschaft, organische Chemie, molekulare Biologie, Halbleiterphysik, Mikroherstellung usw.

Es gibt viel Debatte über die zukünftigen Implikationen der Nanotechnologie. Nanotechnologie kann im Stande sein, viele neue Materialien und Geräte mit einer riesengroßen Reihe von Anwendungen, solcher als in der Medizin, Elektronik, biomaterials und Energieproduktion zu schaffen. Andererseits bringt Nanotechnologie viele derselben Themen wie jede neue Technologie, einschließlich Sorgen über die Giftigkeit und Umweltauswirkung von nanomaterials, und ihre potenziellen Effekten auf die globale Volkswirtschaft, sowie Spekulation über verschiedene Weltgericht-Drehbücher auf. Diese Sorgen haben zu einer Debatte unter Befürwortungsgruppen und Regierungen darauf geführt, ob die spezielle Regulierung der Nanotechnologie bevollmächtigt wird.

Ursprünge

Obwohl Nanotechnologie eine relativ neue Entwicklung in der wissenschaftlichen Forschung, die Entwicklung seiner im Laufe einer längeren Zeitspanne zufällig Hauptkonzepte ist. Das Erscheinen der Nanotechnologie wurde in den 1980er Jahren durch die Konvergenz von experimentellen Fortschritten wie die Erfindung der Abtastung tunneling Mikroskop 1981 und die Entdeckung von fullerenes 1985, mit der Erläuterung und Popularisierung eines Begriffsfachwerks für die Absichten der Nanotechnologie verursacht, die mit der 1986-Veröffentlichung des Buches Motoren der Entwicklung beginnt.

Die Abtastung tunneling Mikroskop, ein Instrument, um Oberflächen am Atomniveau darzustellen, wurde 1981 von Gerd Binnig und Heinrich Rohrer an IBM Zurich Research Laboratory entwickelt, für den sie den Nobelpreis in der Physik 1986 erhalten haben. Fullerenes wurden 1985 von Harry Kroto, Richard Smalley und Robert Curl entdeckt, der zusammen den 1996-Nobelpreis in der Chemie gewonnen hat.

Um dieselbe Zeit hat K. Eric Drexler entwickelt und hat das Konzept der Nanotechnologie verbreitet und hat das Feld der molekularen Nanotechnologie gegründet. 1979 hat sich Drexler begegnet 1959 von Richard Feynman sprechen "Es gibt Viel Zimmer am Boden". Der Begriff "Nanotechnologie", die ursprünglich von Norio Taniguchi 1974 ins Leben gerufen ist, wurde von Drexler in seinem 1986 Buch Motoren der Entwicklung unbewusst verwendet: Das Kommende Zeitalter der Nanotechnologie, die die Idee von einem nanoscale "Monteur" vorgeschlagen hat, der im Stande sein würde, eine Kopie von sich und anderer Sachen der willkürlichen Kompliziertheit zu bauen. Er hat auch zuerst den Begriff "graue Schmiere" veröffentlicht, um zu beschreiben, was geschehen könnte, wenn eine hypothetische selbstwiederholende molekulare Nanotechnologie aus der Kontrolle gegangen ist. Die Vision von Drexler der Nanotechnologie wird häufig "Molekulare Nanotechnologie" (MNT) oder "molekulare Herstellung," genannt, und Drexler hat einmal den Begriff "zettatech" vorgeschlagen, der nie populär geworden ist.

Am Anfang der 2000er Jahre war das Feld dem Wachsen öffentlichen Bewusstseins und Meinungsverschiedenheit mit prominenten Debatten über beide seine potenziellen Implikationen unterworfen, die durch den Bericht der Königlichen Gesellschaft über die Nanotechnologie, sowie die Durchführbarkeit der Anwendungen veranschaulicht sind, die von Verfechtern der molekularen Nanotechnologie vorgesehen sind, die in der öffentlichen Debatte zwischen Eric Drexler und Richard Smalley 2001 und 2003 kulminiert hat. Regierungen haben sich bewegt, um Forschung in die Nanotechnologie mit Programmen wie die Nationale Nanotechnologie-Initiative zu fördern und finanziell zu unterstützen.

Der Anfang der 2000er Jahre hat auch die Anfänge von kommerziellen Anwendungen der Nanotechnologie gesehen, obwohl diese beschränkt wurden, um Anwendungen von nanomaterials wie die Nano Silberplattform aufzustapeln, um Silber nanoparticles als ein Antibakterienagent, mit Sitz in nanoparticle durchsichtiger sunscreens und Kohlenstoff nanotubes für gegen den Fleck widerstandsfähige Textilwaren zu verwenden.

Grundsätzliche Konzepte

Nanotechnologie ist die Technik von funktionellen Systemen an der molekularen Skala. Das bedeckt sowohl aktuelle Arbeit als auch Konzepte, die fortgeschrittener sind. In seinem ursprünglichen Sinn bezieht sich Nanotechnologie auf die geplante Fähigkeit, Sachen von von unten nach oben, mit Techniken und Werkzeugen zu bauen, die heute entwickeln werden, um ganze, hohe Leistungsprodukte zu machen.

Ein Nanometer (nm), ist oder 10, von einem Meter millionst. Vergleichsweise sind typische Band-Längen des Kohlenstoff-Kohlenstoff oder der Abstand zwischen diesen Atomen in einem Molekül, in der Reihe, und eine DNA-doppelte Spirale hat ein Diameter ungefähr 2 nm. Andererseits sind die kleinsten Zelllebensformen, die Bakterien der Klasse Mycoplasma, ungefähr 200 nm in der Länge. Durch die Tagung wird Nanotechnologie als der Skalenbereich im Anschluss an die Definition genommen, die durch die Nationale Nanotechnologie-Initiative in den Vereinigten Staaten verwendet ist. Die niedrigere Grenze wird durch die Größe von Atomen festgelegt (Wasserstoff hat die kleinsten Atome, die ungefähr ein Viertel eines nm Diameters sind), da Nanotechnologie seine Geräte von Atomen und Molekülen bauen muss. Die obere Grenze ist mehr oder weniger willkürlich, aber ist um die Größe, dass in größeren Strukturen nicht beobachtete Phänomene anfangen, offenbar zu werden, und von im nano Gerät Gebrauch gemacht werden können. Diese neuen Phänomene machen Nanotechnologie verschieden von Geräten, die bloß miniaturisierte Versionen eines gleichwertigen makroskopischen Geräts sind; solche Geräte sind auf einer größeren Skala und kommen laut der Beschreibung der Mikrotechnologie.

Um diese Skala in einem anderen Zusammenhang zu stellen, ist die vergleichende Größe eines Nanometers zu einem Meter dasselbe als dieser eines Marmors zur Größe der Erde. Oder eine andere Weise, es zu stellen: Ein Nanometer ist der Betrag, den ein Bart eines durchschnittlichen Mannes in der Zeit anbaut, nimmt es ihn, um das Rasiermesser zu seinem Gesicht zu erheben.

Zwei Hauptannäherungen werden in der Nanotechnologie verwendet. In "von unten nach oben" werden Annäherung, Materialien und Geräte von molekularen Bestandteilen gebaut, die sich chemisch durch Grundsätze der molekularen Anerkennung versammeln. In der "verfeinernden" Annäherung werden Nano-Gegenstände von größeren Entitäten ohne Atomniveau-Kontrolle gebaut.

Gebiete der Physik wie nanoelectronics, nanomechanics, nanophotonics und nanoionics haben sich während der letzten paar Jahrzehnte entwickelt, um ein grundlegendes wissenschaftliches Fundament der Nanotechnologie zur Verfügung zu stellen.

Größer zum kleineren: eine Material-Perspektive

Mehrere physische Phänomene werden ausgesprochen als die Größe der Systemabnahmen. Diese schließen statistische mechanische Effekten, sowie Quant mechanische Effekten, zum Beispiel die "Quant-Größe-Wirkung" ein, wo die elektronischen Eigenschaften von Festkörpern mit den großen Verminderungen der Partikel-Größe verändert werden. Diese Wirkung tritt in Spiel durch das Gehen vom Makro-bis Mikrodimensionen nicht ein. Jedoch werden Quant-Effekten dominierend, wenn die Nanometer-Größe-Reihe, normalerweise in Entfernungen von 100 Nanometern oder weniger, der so genannte Quant-Bereich erreicht wird. Zusätzlich, mehrere ärztliche Untersuchung (mechanisch, elektrisch, optisch, usw.) Eigenschaften ändern sich wenn im Vergleich zu makroskopischen Systemen. Ein Beispiel ist die Zunahme in der Fläche zum Volumen-Verhältnis, das mechanische, thermische und katalytische Eigenschaften von Materialien verändert. Verbreitung und Reaktionen an nanoscale, nanostructures Materialien und nanodevices mit dem schnellen Ion-Transport werden allgemein auf nanoionics verwiesen. Mechanische Eigenschaften von nanosystems sind von Interesse in der nanomechanics Forschung. Die katalytische Tätigkeit von nanomaterials öffnet auch potenzielle Gefahren in ihrer Wechselwirkung mit biomaterials.

Auf den nanoscale reduzierte Materialien können verschiedene Eigenschaften im Vergleich dazu zeigen, was sie auf einer Makroskala ausstellen, einzigartige Anwendungen ermöglichend. Zum Beispiel werden undurchsichtige Substanzen durchsichtig (Kupfer); stabile Materialien werden brennbar (Aluminium); unlösliche Materialien werden auflösbar (Gold). Ein Material solch so Gold-, der an normalen Skalen chemisch träge ist, kann dienen wie ein starker chemischer Katalysator an nanoscales. Viel von der Faszination mit der Nanotechnologie entstielt von diesen Quant und Oberflächenphänomene, die Sache am nanoscale ausstellt.

Einfach zum Komplex: eine molekulare Perspektive

Moderne synthetische Chemie hat den Punkt erreicht, wo es möglich ist, kleine Moleküle zu fast jeder Struktur vorzubereiten. Diese Methoden werden heute verwendet, um ein großes Angebot an nützlichen Chemikalien wie Arzneimittel oder kommerzielle Polymer zu verfertigen. Diese Fähigkeit bringt die Frage auf, diese Art der Kontrolle zum nächst-größeren Niveau zu erweitern, Methoden suchend, diese einzelnen Moleküle in supramolecular Bauteile zu sammeln, die aus vielen auf eine gut definierte Weise eingeordneten Molekülen bestehen.

Diese Annäherungen verwerten die Konzepte des molekularen Selbstzusammenbaues und/oder der supramolecular Chemie, um sich in etwas nützliche Angleichung durch von unten nach oben Annäherung automatisch einzuordnen. Das Konzept der molekularen Anerkennung ist besonders wichtig: Moleküle können entworfen werden, so dass eine spezifische Konfiguration oder Einordnung wegen non-covalent zwischenmolekularer Kräfte bevorzugt werden. Der Watson-Muskelkrampf basepairing Regeln ist ein direktes Ergebnis davon, wie die Genauigkeit eines Enzyms ist, das zu einem einzelnen Substrat oder der spezifischen Falte des Proteins selbst ins Visier wird nimmt. So können zwei oder mehr Bestandteile entworfen werden, um ergänzend und gegenseitig attraktiv zu sein, so dass sie einen komplizierteren und nützlichen Ganzen machen.

Solcher nähern sich von unten nach oben sollte dazu fähig sein, Geräte in der Parallele zu erzeugen, und viel preiswerter sein als verfeinernde Methoden, aber konnte als die Größe und Kompliziertheit der gewünschten Zusammenbau-Zunahmen potenziell überwältigt werden. Die meisten nützlichen Strukturen verlangen Komplex und thermodynamisch unwahrscheinliche Maßnahmen von Atomen. Dennoch gibt es viele Beispiele des Selbstzusammenbaues, der auf der molekularen Anerkennung in der Biologie, am meisten namentlich Watson-Muskelkrampf basepairing und Wechselwirkungen des Enzym-Substrats gestützt ist. Die Herausforderung für die Nanotechnologie besteht darin, ob diese Grundsätze verwendet werden können, um neue Konstruktionen zusätzlich zu natürlichen zu konstruieren.

Molekulare Nanotechnologie: eine langfristige Ansicht

Molekulare Nanotechnologie, manchmal genannt molekulare Herstellung, beschreibt konstruierten nanosystems (nanoscale Maschinen), auf der molekularen Skala funktionierend. Molekulare Nanotechnologie wird besonders mit dem molekularen Monteur, eine Maschine vereinigt, die eine gewünschte Struktur oder Gerät Atom-für-Atom mit den Grundsätzen von mechanosynthesis erzeugen kann. Die Herstellung im Zusammenhang von produktivem nanosystems ist damit nicht verbunden, und sollte klar davon bemerkenswert sein, die herkömmlichen Technologien haben gepflegt, nanomaterials wie Kohlenstoff nanotubes und nanoparticles zu verfertigen.

Als der Begriff "Nanotechnologie" unabhängig ins Leben gerufen und von Eric Drexler verbreitet wurde (wer zurzeit einen früheren Gebrauch durch Norio Taniguchi nicht gewusst hat), hat es sich auf eine zukünftige auf molekularen Maschinensystemen gestützte Produktionstechnologie bezogen. Die Proposition war, dass molekulare Skala biologische Analogien von traditionellen Maschinenbestandteilen haben molekulare Maschinen demonstriert, möglich war: Durch die unzähligen in der Biologie gefundenen Beispiele ist es bekannt, dass hoch entwickelt, stochastisch biologische Maschinen optimiert hat, kann erzeugt werden.

Es wird gehofft, dass Entwicklungen in der Nanotechnologie möglich ihr Aufbau durch einige andere Mittel, vielleicht mit biomimetic Grundsätze machen werden. Jedoch haben Drexler und andere Forscher vorgeschlagen, dass fortgeschrittene Nanotechnologie, obwohl vielleicht am Anfang durchgeführt, durch Biomimetic-Mittel, schließlich auf Maschinenbau-Grundsätzen, nämlich, eine auf der mechanischen Funktionalität dieser Bestandteile gestützte Produktionstechnologie basieren konnte (wie Getriebe, Lager, Motoren und Strukturmitglieder), der programmierbaren Stellungszusammenbau zur Atomspezifizierung ermöglichen würde. Die Physik und Technikleistung von Vorbild-Designs wurden im Buch von Drexler Nanosystems analysiert.

Im Allgemeinen ist es sehr schwierig, Geräte auf der Atomskala, als alle zu sammeln, was man Atome auf anderen Atomen der vergleichbaren Größe und Klebrigkeit einstellen muss. Eine andere Ansicht, gestellt hervor von Carlo Montemagno, besteht darin, dass Zukunft nanosystems Hybriden der Silikontechnologie und biologischen molekularen Maschinen sein wird. Und doch besteht eine andere Ansicht, die vom verstorbenen Richard Smalley vorgebracht ist, darin, dass mechanosynthesis wegen der Schwierigkeiten in der mechanischen Manipulierung individueller Moleküle unmöglich ist.

Das hat zu einem Schriftwechsel in der ACS Veröffentlichung Chemische & Techniknachrichten 2003 geführt. Obwohl Biologie klar demonstriert, dass molekulare Maschinensysteme möglich sind, nichtbiologische molekulare Maschinen heute nur in ihrem Säuglingsalter sind. Führer in der Forschung über nichtbiologische molekulare Maschinen sind Dr Alex Zettl und seine Kollegen an Laboratorien von Lawrence Berkeley und UC Berkeley. Sie haben mindestens drei verschiedene molekulare Geräte gebaut, deren Bewegung von der Arbeitsfläche mit der sich ändernden Stromspannung kontrolliert wird: ein nanotube nanomotor, ein molekularer Auslöser und ein nanoelectromechanical Entspannungsoszillator. Sieh nanotube nanomotor für mehr Beispiele.

Ein Experiment, das anzeigt, dass molekularer Stellungszusammenbau möglich ist, wurde von Ho und Lee an der Universität von Cornell 1999 durchgeführt. Sie haben eine Abtastung tunneling Mikroskop verwendet, um ein individuelles Kohlenmonoxid-Molekül (CO) zu einem individuellen Eisenatom (Fe) zu bewegen, der auf einem flachen Silberkristall sitzt, und haben chemisch den CO zu Fe gebunden, indem sie eine Stromspannung angewandt haben.

Aktuelle Forschung

Nanomaterials

Das nanomaterials Feld schließt Teilfelder ein, die entwickeln oder Materialien studieren, die einzigartige Eigenschaften haben, die aus ihren nanoscale Dimensionen entstehen.

• Schnittstelle und kolloidale Wissenschaft haben viele Materialien verursacht, die in der Nanotechnologie, wie Kohlenstoff nanotubes und anderer fullerenes, und verschiedener nanoparticles und nanorods nützlich sein können. Nanomaterials mit dem schnellen Ion-Transport sind auch mit nanoionics und nanoelectronics verbunden.
• Materialien von Nanoscale können auch für Hauptteil-Anwendungen verwendet werden; die meisten gegenwärtigen kommerziellen Anwendungen der Nanotechnologie sind dieses Geschmacks.
• Fortschritte sind im Verwenden dieser Materialien für medizinische Anwendungen gemacht worden; sieh Nanomedicine.
• Materialien von Nanoscale werden manchmal in Sonnenzellen verwendet, der die Kosten von traditionellen Silikonsonnenzellen bekämpft
• Entwicklung von Anwendungen, die Halbleiter nanoparticles vereinigen, um in der folgenden Generation von Produkten, wie Anzeigetechnologie, Beleuchtung, Sonnenzellen und biologische Bildaufbereitung verwendet zu werden; sieh Quant-Punkte.

Von unten nach oben Annäherungen

Diese bemühen sich, kleinere Bestandteile in kompliziertere Bauteile einzuordnen.

• DNA-Nanotechnologie verwertet die Genauigkeit des Watson-Muskelkrampfs basepairing, um bestimmte Strukturen aus der DNA und den anderen Nukleinsäuren zu bauen.
• Annäherungen vom Feld "der klassischen" chemischen Synthese (anorganische und organische Synthese) zielen auch darauf, Moleküle mit der bestimmten Gestalt (z.B bis-peptides) zu entwerfen.
• Mehr allgemein bemüht sich molekularer Selbstzusammenbau, Konzepte der supramolecular Chemie und molekulare Anerkennung zu verwenden insbesondere Bestandteile des einzelnen Moleküls zu veranlassen, sich in etwas nützliche Angleichung automatisch einzuordnen.
• Atomkraft-Mikroskop-Tipps können als ein nanoscale "Schreibkopf" verwendet werden, um eine Chemikalie auf eine Oberfläche in einem gewünschten Muster in einem Prozess genannt Kugelschreiber des kurzen Bades nanolithography abzulegen. Diese Technik baut das größere Teilfeld von nanolithography ein.

Verfeinernde Annäherungen

Diese bemühen sich, kleinere Geräte durch das Verwenden größerer zu schaffen, um ihren Zusammenbau zu leiten.

• Viele Technologien, die von herkömmlichen Halbleitersilikonmethoden hinuntergestiegen sind, um Mikroprozessoren zu fabrizieren, sind jetzt dazu fähig, Eigenschaften zu schaffen, die kleiner sind als 100 nm, laut der Definition der Nanotechnologie fallend. Riesige mit Sitz in magnetoresistance Festplatten bereits auf dem Markt passen diese Beschreibung, wie Techniken der Atomschicht-Absetzung (ALD) tun. Peter Grünberg und Albert Fert haben den Nobelpreis in der Physik 2007 für ihre Entdeckung des Riesen magnetoresistance und der Beiträge zum Feld von spintronics erhalten.
• Halbleitertechniken können auch verwendet werden, um Geräte bekannt als nanoelectromechanical Systeme oder NEMS zu schaffen, die mit mikroelektromechanischen Systemen oder MEMS verbunden sind.
• Eingestellte Ion-Balken können Material direkt entfernen, oder sogar Material ablegen, wenn passender Vorgänger gasses zur gleichen Zeit angewandt wird. Zum Beispiel wird diese Technik alltäglich verwendet, um sub100 nm Abteilungen des Materials für die Analyse in der Übertragungselektronmikroskopie zu schaffen.
• Atomkraft-Mikroskop-Tipps können als ein nanoscale "Schreibkopf" verwendet werden, um ein Widerstehen abzulegen, dem dann von einem Ätzen-Prozess gefolgt wird, um Material in einer verfeinernden Methode zu entfernen.

Funktionelle Annäherungen

Diese bemühen sich, Bestandteile einer gewünschten Funktionalität ohne Rücksicht darauf zu entwickeln, wie sie versammelt werden könnten.

• Molekulare Skala-Elektronik bemüht sich, Moleküle mit nützlichen elektronischen Eigenschaften zu entwickeln. Diese konnten dann als Bestandteile des einzelnen Moleküls in einem nanoelectronic Gerät verwendet werden. Weil ein Beispiel rotaxane sieht.
• Synthetische chemische Methoden können auch verwendet werden, um synthetische molekulare Motoren, solcher als in einem so genannten nanocar zu schaffen.

Annäherungen von Biomimetic

• Bionik oder biomimicry bemühen sich, biologische Methoden und Systeme anzuwenden, die in der Natur, zur Studie und dem Design von Techniksystemen und moderner Technologie gefunden sind. Biomineralization ist ein Beispiel der studierten Systeme.
• Bionanotechnology ist der Gebrauch von biomolecules für Anwendungen in der Nanotechnologie einschließlich des Gebrauches von Viren. Nanocellulose ist eine potenzielle Anwendung der Hauptteil-Skala.

Spekulativ

Diese Teilfelder bemühen sich vorauszusehen, was Erfindungsnanotechnologie nachgeben könnte, oder versuchen, eine Tagesordnung vorzuschlagen, entlang der Untersuchung fortschreiten könnte. Diese vertreten häufig eine Ansicht des großen Bildes von der Nanotechnologie mit mehr Betonung auf seinen gesellschaftlichen Implikationen als die Details dessen, wie solche Erfindungen wirklich geschaffen werden konnten.

• Molekulare Nanotechnologie ist eine vorgeschlagene Annäherung, die mit manipulierenden einzelnen Molekülen auf fein kontrollierte, deterministische Weisen verbunden ist. Das ist theoretischer als die anderen Teilfelder und ist außer aktuellen Fähigkeiten.
• Zentren von Nanorobotics auf unabhängigen Maschinen von etwas Funktionalität, die am nanoscale funktioniert. Es gibt Hoffnungen, um nanorobots in der Medizin anzuwenden, aber es kann nicht leicht sein, solch eine Sache wegen mehrerer Nachteile solcher Geräte zu machen. Dennoch ist der Fortschritt auf innovativen Materialien und Methodiken mit einigen Patenten demonstriert worden, die über neue nanomanufacturing Geräte für zukünftige kommerzielle Anwendungen gewährt sind, der auch progressiv in der Entwicklung zu nanorobots mit dem Gebrauch von eingebetteten nanobioelectronics Konzepten hilft.
• Produktive nanosystems sind "Systeme von nanosystems", der komplizierte nanosystems sein wird, die atomar genaue Teile für anderen nanosystems, nicht notwendigerweise mit neuartigen nanoscale-auftauchenden Eigenschaften, aber gut verstandenen Grundlagen der Herstellung erzeugen. Wegen des getrennten (d. h. atomar) Natur der Sache und die Möglichkeit des Exponentialwachstums wird diese Bühne als die Basis einer anderen industriellen Revolution gesehen. Mihail Roco, einer der Architekten von USA Nationaler Nanotechnologie-Initiative, hat vier Staaten der Nanotechnologie vorgeschlagen, die scheinen, dem technischen Fortschritt der Industriellen Revolution anzupassen, von passivem nanostructures bis aktiven nanodevices zum Komplex nanomachines und schließlich zu produktivem nanosystems fortschreitend.
• Programmierbare Sache bemüht sich, Materialien zu entwerfen, deren Eigenschaften obwohl eine Fusion der Informationswissenschaft und Material-Wissenschaft leicht, umkehrbar und äußerlich kontrolliert werden können.
• Wegen der Beliebtheit und Mediaaussetzung des Begriffes Nanotechnologie sind die Wörter picotechnology und femtotechnology in der Analogie dazu ins Leben gerufen worden, obwohl diese nur selten und informell verwendet werden.

Werkzeuge und Techniken

Es gibt mehrere wichtige moderne Entwicklungen. Das Atomkraft-Mikroskop (AFM) und Scanning Tunneling Microscope (STM) sind zwei frühe Versionen, Untersuchungen zu scannen, die Nanotechnologie gestartet haben. Es gibt andere Typen, Untersuchungsmikroskopie, alles zu scannen, von den Ideen von der Abtastung confocal Mikroskop fließend, das von Marvin Minsky 1961 und der Abtastung akustischen Mikroskops (SAM) entwickelt ist, die von Calvin Quate und Mitarbeitern in den 1970er Jahren entwickelt ist, die es möglich gemacht haben, Strukturen am nanoscale zu sehen.

Der Tipp einer Abtastungsuntersuchung kann auch verwendet werden, um nanostructures zu manipulieren (ein Prozess hat Stellungszusammenbau genannt). Eigenschaft-orientierte von Rostislav Lapshin angedeutete Abtastungsmethodik scheint, eine viel versprechende Weise zu sein, diese nanomanipulations in der automatischen Weise durchzuführen. Jedoch ist das noch ein langsamer Prozess wegen der niedrigen Abtastungsgeschwindigkeit des Mikroskops.

Verschiedene Techniken von nanolithography wie optisches Steindruckverfahren, Röntgenstrahl-Steindruckverfahren-Kugelschreiber des kurzen Bades nanolithography, Elektronbalken-Steindruckverfahren oder nanoimprint Steindruckverfahren wurden auch entwickelt. Steindruckverfahren ist eine verfeinernde Herstellungstechnik, wo ein Schüttgut in der Größe auf das nanoscale Muster reduziert wird.

Eine andere Gruppe von nanotechnological Techniken schließt diejenigen ein, die für die Herstellung von nanotubes und nanowires, diejenigen verwendet sind, die in der Halbleiter-Herstellung solcher als tief verwendet sind, ultraviolettes Steindruckverfahren, Elektronbalken-Steindruckverfahren, hat Ion-Balken-Fertigung, nanoimprint Steindruckverfahren, Atomschicht-Absetzung und molekulare Dampf-Absetzung, und weiter einschließlich molekularer Selbstzusammenbau-Techniken wie diejenigen eingestellt, die Di-Block-Copolymerisate verwenden. Jedoch sind alle diese Techniken dem nanotech Zeitalter vorangegangen, und sind Erweiterungen in der Entwicklung von wissenschaftlichen Förderungen aber nicht Techniken, die mit dem alleinigen Zweck ausgedacht wurden, Nanotechnologie zu schaffen, und die Ergebnisse der Nanotechnologie-Forschung waren.

Die verfeinernde Annäherung sieht nanodevices voraus, der stückweise etappenweise viel gebaut werden muss, weil verfertigte Sachen gemacht werden. Abtastung der Untersuchungsmikroskopie ist eine wichtige Technik sowohl für die Charakterisierung als auch für Synthese von nanomaterials. Atomkraft-Mikroskope und tunneling Mikroskope scannend, können verwendet werden, um auf Oberflächen zu schauen und Atome zu bewegen. Durch das Entwerfen verschiedener Tipps für diese Mikroskope können sie verwendet werden, um Strukturen auf Oberflächen zu gestalten und zu helfen, sich selbstversammelnde Strukturen zu führen. Durch das Verwenden, zum Beispiel, können Eigenschaft-orientierte Abtastungsannäherung, Atome oder Moleküle auf einer Oberfläche mit der Abtastung von Untersuchungsmikroskopie-Techniken bewegt werden. Zurzeit ist es teuer und für die Massenproduktion zeitraubend, aber für das Laborexperimentieren sehr passend.

Im Gegensatz von unten nach oben bauen Techniken oder bauen größeres Struktur-Atom durch das Atom oder Molekül durch das Molekül an. Diese Techniken schließen chemische Synthese, Selbstzusammenbau und Stellungszusammenbau ein. Doppelpolarisation interferometry ist ein Werkzeug, das für die Charakterisierung selbst passend ist, hat dünne Filme gesammelt. Eine andere Schwankung von unten nach oben Annäherung ist molekulares Balken-Kristallwachstum oder MBE. Forscher an Glockentelefonlaboratorien wie John R. Arthur. Alfred Y. Cho und Art C. Gossard haben entwickelt und haben MBE als ein Forschungswerkzeug gegen Ende der 1960er Jahre und der 1970er Jahre durchgeführt. Durch MBE gemachte Proben waren Schlüssel zur Entdeckung der Bruchquant-Saal-Wirkung, für die der 1998-Nobelpreis in der Physik zuerkannt wurde. MBE erlaubt Wissenschaftlern dem hat sich atomar genaue Schichten von Atomen hingelegt und, bauen Sie dabei komplizierte Strukturen auf. Wichtig für die Forschung über Halbleiter wird MBE auch weit verwendet, um Proben und Geräte für das kürzlich erscheinende Feld von spintronics zu machen.

Jedoch sind neue therapeutische Produkte, die auf antwortendem nanomaterials wie ultraverformbarer, mit der Betonung empfindlicher Transfersome vesicles gestützt sind, unter der Entwicklung und bereits genehmigt für den menschlichen Gebrauch in einigen Ländern.

Anwendungen

Bezüglich am 21. August 2008 schätzt das Projekt über Erscheinende Nanotechnologien ein, dass mehr als 800 Hersteller-identifizierte nanotech Produkte mit neuen öffentlich verfügbar sind, die den Markt mit einem Schritt 3-4 pro Woche schlagen. Das Projekt verzeichnet alle Produkte in einer öffentlich zugänglichen Online-Datenbank. Die meisten Anwendungen werden auf den Gebrauch der "ersten Generation" passiver nanomaterials beschränkt, der Titan-Dioxyd in sunscreen, Kosmetik, Oberflächenüberzüge und einige Nahrungsmittelprodukte einschließt; Kohlenstoff allotropes hat gepflegt, Gecko-Band zu erzeugen; Silber im Nahrungsmittelverpacken, der Kleidung, den Antiseptiken und den Haushaltsgeräten; das Zinkoxyd in sunscreens und Kosmetik, Oberflächenüberzügen, malt und Außenmöbellacke; und Cerium-Oxyd als ein Kraftstoffkatalysator.

Weitere Anwendungen erlauben Tennisbällen, länger, Golfbälle zu dauern, um geradere und sogar bowlende Bälle zu fliegen, um haltbarer zu werden und eine härtere Oberfläche zu haben. Hosen und Socken sind mit der Nanotechnologie aufgegossen worden, so dass sie länger dauern und Leute kühl im Sommer halten werden. Verbänder werden mit Silber nanoparticles aufgegossen, um Kürzungen schneller zu heilen. Autos werden mit nanomaterials verfertigt, so können sie weniger Metalle und weniger Brennstoff brauchen, um in der Zukunft zu funktionieren. Videospiel-Konsolen und Personalcomputer können preiswerter schneller werden, und mehr Gedächtnis dank der Nanotechnologie enthalten. Nanotechnologie kann in der Lage sein, vorhandene medizinische Anwendungen preiswerter und leichter zu machen, in Plätzen wie das Büro des Arztes für Allgemeinmedizin und zuhause zu verwenden.

Das Nationale Wissenschaftsfundament (ein Hauptverteiler für die Nanotechnologie-Forschung in den Vereinigten Staaten) hat Forscher David Berube finanziell unterstützt, um das Feld der Nanotechnologie zu studieren. Seine Ergebnisse werden im Monografie-Nano-Trick veröffentlicht: Die Wahrheit Hinter dem Nanotechnologie-Summen. Diese Studie schließt so viel davon, wem verkauft wird, weil "Nanotechnologie" tatsächlich ein Umgießen der aufrichtigen Material-Wissenschaft ist, die "nanotech Industrie gebaut allein beim Verkauf nanotubes, nanowires, und ähnlich" führt, der mit einigen Lieferanten "enden wird, die niedrige Rand-Produkte in riesigen Volumina verkaufen." Weitere Anwendungen, die wirkliche Manipulation oder Einordnung von nanoscale Bestandteilen verlangen, erwarten weitere Forschung. Obwohl mit dem Begriff 'nano' gebrandmarkte Technologien manchmal wenig damit verbunden sind und weit knapp an den ehrgeizigsten und umgestaltenden technologischen Absichten der Sorte in molekularen Produktionsvorschlägen fallen, impliziert der Begriff noch solche Ideen. Gemäß Berube kann es eine Gefahr geben, die sich "nano Luftblase" formen wird, oder sich bereits, vom Gebrauch des Begriffes durch Wissenschaftler und Unternehmer formt, um Finanzierung unabhängig vom Interesse an den umgestaltenden Möglichkeiten der ehrgeizigeren und weit blickenden Arbeit zu speichern.

Implikationen

Das Zentrum für die Verantwortliche Nanotechnologie ermahnt vor den breiten gesellschaftlichen Implikationen von unauffindbaren Waffen der Massenzerstörung, vernetzten Kameras für den Gebrauch durch die Regierung und die Waffenentwicklungen schnell genug, Wettrüsten zu destabilisieren.

Ein anderes Gebiet der Sorge ist die Wirkung, die Industrieskala-Herstellung und Gebrauch von nanomaterials auf der menschlichen Gesundheit und der Umgebung, wie angedeutet, durch die nanotoxicology Forschung haben würden. Aus diesen Gründen verteidigen Gruppen wie das Zentrum für die Verantwortliche Nanotechnologie diese von Regierungen zu regelnde Nanotechnologie. Andere erwidern, dass Überregulierung wissenschaftliche Forschung und die Entwicklung von vorteilhaften Neuerungen ersticken würde.

Einige nanoparticle Produkte können unbeabsichtigte Folgen haben. Forscher haben entdeckt, dass bacteriostatic Silber nanoparticles verwendet in Socken, um Fußgestank zu reduzieren, im Waschen veröffentlicht wird. Diese Partikeln werden dann in den überflüssigen Wasserstrom gespült und können Bakterien zerstören, die kritische Bestandteile von natürlichen Ökosystemen, Farmen und überflüssigen Behandlungsprozessen sind.

Öffentliche Überlegungen auf der Risikowahrnehmung in den Vereinigten Staaten und dem Vereinigten Königreich, das durch das Zentrum für die Nanotechnologie in der Gesellschaft ausgeführt ist, haben gefunden, dass Teilnehmer über Nanotechnologien für Energieanwendungen positiver waren als für Gesundheitsanwendungen mit Gesundheitsanwendungen, die moralische und ethische Dilemmas solcher, wie gekostet, und Verfügbarkeit erheben.

Experten, einschließlich des Direktors des Zentrum-Projektes von Woodrow Wilson über Erscheinende Nanotechnologien David Rejeski, haben bezeugt, dass erfolgreiche Kommerzialisierung von entsprechendem Versehen, Risikoforschungsstrategie und öffentlicher Verpflichtung abhängt. Berkeley, Kalifornien ist zurzeit die einzige Stadt in den Vereinigten Staaten, um Nanotechnologie zu regeln; Cambridge, Massachusetts 2008 hat gedacht, ein ähnliches Gesetz zu verordnen, aber hat es schließlich zurückgewiesen. Wichtig sowohl für die Forschung über als auch für Anwendung von Nanotechnologien wird um den insurability der Nanotechnologie gekämpft. Ohne Zustandregulierung der Nanotechnologie, wie man sieht, stellt die Verfügbarkeit der privaten Versicherung für potenzielle Schäden als notwendig sicher, dass Lasten implizit nicht sozialisiert werden.

Gesundheit und Umweltsorgen

Forscher haben dass gefunden, als Ratten nanoparticles, die Partikeln eingeatmet haben, die im Gehirn und den Lungen gesetzt sind, die zu bedeutenden Zunahmen in biomarkers für die Entzündungs- und Betonungsantwort geführt haben, und dass nanoparticles Haut veranlassen, die durch Oxidative-Betonung in unbehaarten Mäusen alt wird.

Eine zweijährige Studie in der Schule von UCLA des Gesundheitswesens hat gefunden, dass Laboratorium-Mäuse, die Nano-Titan-Dioxyd verbrauchen, DNA und Chromosom-Schaden an einem Grad gezeigt haben, der "mit allen großen Mördern des Mannes, nämlich Krebs, Herzkrankheit, neurologische Krankheit und Altern verbunden ist".

Eine Hauptstudie hat mehr kürzlich in der Natur-Nanotechnologie veröffentlicht deutet einige Formen von Kohlenstoff nanotubes an - ein Poster-Kind für die "Nanotechnologie-Revolution" - konnte so schädlich sein wie Asbest, wenn eingeatmet, in genügend Mengen. Anthony Seaton vom Institut für die Berufsmedizin in Edinburgh, Schottland, wer zum Artikel über Kohlenstoff nanotubes beigetragen hat, hat gesagt, dass "Wir wissen, dass einige von ihnen wahrscheinlich das Potenzial haben, um mesothelioma zu verursachen. So müssen jene Sorten von Materialien sehr sorgfältig behandelt werden." Ohne spezifische von Regierungen bevorstehende Regulierung haben Paull und Lyon (2008) nach einem Ausschluss von konstruiertem nanoparticles im Essen verlangt. Ein Zeitungsartikel berichtet, dass Arbeiter in einer Farbe-Fabrik ernste Lungenkrankheit entwickelt haben und nanoparticles in ihren Lungen gefunden wurden.

Regulierung

Aufrufe nach dichterer Regulierung der Nanotechnologie sind neben einer wachsenden Debatte vorgekommen, die mit der menschlichen Gesundheit und den Sicherheitsgefahren der Nanotechnologie verbunden ist. Es gibt bedeutende Debatte darüber, wer für die Regulierung der Nanotechnologie verantwortlich ist. Einige Ordnungsämter bedecken zurzeit einige Nanotechnologie-Produkte und Prozesse (zu unterschiedlichen Graden) - "das Durchgehen auf der" Nanotechnologie zu vorhandenen Regulierungen - es gibt klare Lücken in diesen Regimen. Davies (2008) hat eine Durchführungsautokarte vorgeschlagen, die Schritte beschreibt, sich mit diesen Mängeln zu befassen.

Durch den Mangel an einem Durchführungsfachwerk betroffene Miteigentümer, um Gefahren zu bewerten und zu kontrollieren, die mit der Ausgabe von nanoparticles und nanotubes vereinigt sind, haben Parallelen mit schwerfälligem spongiform encephalopathy (Krankheit "der BSE-kranken Kuh"), Thalidomid, genetisch verändertes Essen, Kernenergie, Fortpflanzungstechnologien, Biotechnologie und Asbeststaublunge gezogen. Dr Andrew Maynard, der Hauptwissenschaftsberater vom Zentrum-Projekt von Woodrow Wilson über Erscheinende Nanotechnologien, beschließt, dass es ungenügende Finanzierung für die menschliche Gesundheit und Sicherheitsforschung gibt, und infolgedessen dort zurzeit beschränkt wird, von der menschlichen Gesundheit und den mit der Nanotechnologie vereinigten Sicherheitsgefahren verstehend. Infolgedessen haben einige Akademiker nach strengerer Anwendung des Vorsichtsgrundsatzes mit der verzögerten Marktbilligung verlangt, hat das Beschriften und die zusätzlichen Sicherheitsdatenentwicklungsvoraussetzungen in Bezug auf bestimmte Formen der Nanotechnologie erhöht.

Der Königliche Gesellschaftsbericht hat eine Gefahr von nanoparticles oder nanotubes identifiziert, der während der Verfügung, Zerstörung und Wiederverwertung wird veröffentlicht, und hat empfohlen, dass "Hersteller von Produkten, die unter verlängerten Produktionsverantwortungsregimen wie Regulierungen des Endes des Lebens fallen, das Verfahren-Umreißen veröffentlichen, wie diese Materialien geführt werden, um mögliche menschliche und Umweltaussetzung" (p. xiii) zu minimieren. Die Herausforderungen widerspiegelnd, um verantwortliche Lebenszyklus-Regulierung zu sichern, hat das Institut für das Essen und die Landwirtschaftlichen Standards vorgeschlagen, dass Standards für die Nanotechnologie-Forschung und Entwicklung über den Verbraucher, den Arbeiter und die Umweltstandards integriert werden sollten. Sie schlagen auch vor, dass NGOs und andere Bürger-Gruppen eine bedeutungsvolle Rolle in der Entwicklung dieser Standards spielen.

Das Zentrum für die Nanotechnologie in der Gesellschaft hat gefunden, dass Leute verschieden auf Nanotechnologien antworten, die auf der Anwendung - mit Teilnehmern in öffentlichen Überlegungen gestützt sind, die über Nanotechnologien für die Energie positiver sind als Gesundheitsanwendungen - das Vorschlagen, dass sich irgendwelche öffentlichen Aufrufe nano Regulierungen durch den Technologiesektor unterscheiden können.

Siehe auch

• Bionanoscience
• Energieanwendungen der Nanotechnologie
• Liste von erscheinenden Technologien
• Liste der Software für nanostructures, der modelliert
• Materiomics
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• Nationale Nanotechnologie-Initiative

Weiterführende Literatur

• "Grundlegende Konzepte der Nanotechnologie" Geschichte von Nanotechnologie, Nachrichten, Materialien, potenziellen Gefahren und wichtigen Leuten.
• Medicalnanotec.com, Einführung in Anwendungen der Nanotechnologie in der Medizin.
• Maynard, Andrew, Woodrow Wilson Internationales Zentrum für Gelehrte. 2007. - ".. ein freundlicher, komischer, 25-minutiger Reiseführer für die Technologie"
• Fritz Allhoff und Patrick Lin (Hrsg.). Nanotechnologie & Gesellschaft: Strom und Erscheinende Moralprobleme (Dordrecht: Springer, 2008).
• Fritz Allhoff, Patrick Lin, Maure von James und John Weckert (Hrsg.).
• J. Clarence Davies, EPA und Nanotechnologie: Versehen für das 21. Jahrhundert, Projekt über Erscheinende Nanotechnologien, KUGELSCHREIBER 9, Mai 2007.
• Carl Marziali, "Wenig Große Wissenschaft," USC trojanische Familienzeitschrift, Winter 2007.
• William Sims Bainbridge: Nanoconvergence: Die Einheit von Nanoscience, Biotechnologie, Informationstechnologie und Erkenntnistheorie, am 27. Juni 2007, Prentice Hall, internationale Standardbuchnummer 0 13 244643 X
• Lynn E. Foster: Nanotechnologie: Wissenschaft, Neuerung, und Gelegenheit, am 21. Dezember 2005, Prentice Hall, internationale Standardbuchnummer 0-13-192756-6
• Einfluss der Nanotechnologie auf Biomedizinischen Wissenschaften: Rezension von Aktuellen Konzepten auf der Konvergenz der Nanotechnologie Mit der Biologie durch Herbert Ernest und Rahul Shetty, von AZojono, Mai 2005.
• Jagd, G & Mehta, M (Hrsg.) (2008) Nanotechnologie: Gefahr, Ethik & Gesetz, Earthscan, London.
• Andrew Schneider, Das Nanotech-Glücksspiel, Gesundheitsgefahren von Nanomaterials im Essen und der Medizin, Zuerst in einer Dreistimmigen Reihe, AOL Nachrichteneigenbericht am 24. März 2010 Anbauend.
• Hari Singh Nalwa (2004), Enzyklopädie von Nanoscience und Nanotechnology (10-bändiger Satz), amerikanische Wissenschaftliche Herausgeber. Internationale Standardbuchnummer 1-58883-001-2
• Michael Rieth und Wolfram Schommers (2006), Handbuch der Theoretischen und Rechenbetonten Nanotechnologie (10-bändiger Satz), amerikanische Wissenschaftliche Herausgeber. Internationale Standardbuchnummer 1 58883 042 X
• Jumana Boussey, Georges Kamarinos, Laurent Montès (Redakteure) (2003), zur Nanotechnologie, "Nano und Micro Technologies", Hermes Sciences Publ. Paris, internationale Standardbuchnummer 2 7462 0858 X.
• Die Silikontalgift-Koalition (April 2008), Regulating Emerging Technologies im Silikontal und Außer
• Gentechnologie & Biotechnologie-Nachrichten (Januar 2008), das Bekommen eines Griffs auf Nanobiotech Produktgangreglern und Gesellschaften Legen den Grundstein für eine Vorausgesagte Helle Zukunft
• RJ Aitken, SM Hankin, B Ross, KL. Tran, V Stein, TF Fernandes, K Donaldson, R Duffin, Q Chaudhry, TA Wilkins, SA Wilkins, Felsen von LS Levy, SA, Ein Maynard, EMERGNANO Bericht, Institut für die Berufsmedizin, März 2009 des Berichts TM/09/1.

Links

• Was ist Nanotechnologie? (Eine Vega/BBC/OU Videodiskussion).
• Kurs über die Einführung in die Nanotechnologie
• Nanex Projekt
• SAFENANO Eine Nanotechnologie-Initiative des Instituts für die Berufsmedizin