나노기술은 나노기술이라고도 하며 원자, 분자, 초분자 스케일의 물질을 산업용으로 사용하는 것입니다. 나노기술의 최초 보급은 매크로 스케일 제품 제조를 위해 원자와 분자를 정밀하게 조작한다는 특정 기술 목표를 가리키며 현재는 분자 나노기술이라고도 불린다. 이후 나노기술에 관한 보다 일반화된 기술은 나노기술을 적어도 1차원에서 100나노미터까지의 물질의 조작으로 정의하는 국가 나노기술 이니셔티브에 의해 확립되었다. 이 정의는 양자역학적 효과가 이 양자-렐무스케일에서 중요하다는 사실을 반영하고 있으므로 정의는 특정 기술 목표에서 주어진 크기의 문턱 이하에서 발생하는 물질의 특수한 성질을 다루는 모든 유형의 연구와 기술을 포함하는 연구 카테고리로 이동했다. 따라서 '나노기술'과 '나노스케일 기술'과 같은 여러 형태를 보는 것이 일반적이며 공통 특성이 크기인 연구와 응용의 광범위를 가리킨다.
나노기술은 표면과학, 유기화학, 분자생물학, 반도체 물리학, 에너지 저장, 공학, 마이크로퍼블리케이션, 분자공학만큼 다양한 과학 분야를 포함하는 자연에 넓다. 관련된 연구와 응용은 기존 디바이스 물리학의 확장에서부터 분자 자기 조직화에 기반한 완전히 새로운 접근, 나노 스케일 상의 치수를 갖는 새로운 재료의 개발에서부터 원자 스케일 상의 물질의 직접 제어까지 마찬가지로 다양하다.
과학자들은 현재 나노기술의 미래 영향에 대해 논의하고 있습니다. 나노기술은 나노의학, 나노전자공학, 생체재료 에너지 생산, 소비자 제품 등 다양한 응용 분야에서 많은 새로운 소재와 장치를 만들 수 있을 것이다. 한편 나노기술은 나노물질의 독성 및 환경에 미치는 영향, 의 세계경제에 대한 잠재적인 영향, 그리고 다양한 종말 시나리오에 대한 추측 등 새로운 기술과 마찬가지로 많은 문제를 제기하고 있다. 이런 우려 때문에 나노기술의 특별한 규제가 정당화될지에 대해 옹호단체와 정부 사이에 논란이 일고 있다.
나노기술이라는 단어는 1974년 다니구치 노리오 씨에 의해 처음 사용됐지만 널리 알려지지 않았습니다. 파인만의 컨셉에서 영감을 얻은 K. 에릭 드렉슬러는 1986년 저서 창조의 엔진에서 나노기술이라는 용어를 사용했다. 나노기술이 도래하는 시대.나노스케일의 어셈블리 아이디어를 제안했다.나노스케일의 '어셈블러'는 원자력 제어를 통해 임의의 복잡도 복사본을 구축할 수 있을 것이다.
나노기술의 개념적 틀을 개발·보급한 드렉슬러의 이론적·공공적 작업과 물질의 원자제어 전망에 추가적인 대규모 관심을 끌었던 고가시성 실험의 진보가 융합되면서 1980년대 나노기술이 한 분야로 등장했다. 1980년대에는 현대 나노기술 성장의 계기가 된 두 가지 큰 발견이 있었습니다. 먼저 1981년 주사형 터널 현미경의 발명은 개별 원자와 결합의 전례 없는 가시화를 제공하며 1989년 개별 원자를 조작하는 데 성공했다. IBM 취리히 연구소의 현미경 개발자인 게르트 빈니그와 하인리히 롤러는 1986년 노벨 물리학상을 받았다. 빈니그, 퀘이트, 거버도 그 해에 유사한 원자력 현미경을 발명했습니다.
벅민 스타 풀러렌 C60은 버키볼이라고도 불리며 풀러렌으로 알려진 탄소 구조의 대표적인 멤버입니다. 풀러렌 패밀리 구성원은 나노기술 산하에 들어가는 주요 연구 대상입니다.
둘째, 풀렌은 1985년 해리 크로토, 리처드 스마리, 로버트 칼이 공동으로 1996년 노벨 화학상을 수상했다. C60은 처음에는 나노기술로 설명되지 않았습니다.이 용어는 나노스케일의 전자기기나 디바이스에 대한 잠재적인 응용을 시사하는 관련 탄소나노튜브의 후속 작업에 사용되었습니다. 탄소나노튜브 발견은 1991년 이이지마 스미오 NEC가, 2008년 나노사이언스에서 카브리상을 수상한 데 따른 것이다.
나노층 기반의 금속 반도체 접합 트랜지스터는 최초로 A에 의해 제안되었습니다. 1960년 로즈, 1962년 L 게파트, 모하메드 아타라, 다원 칸이 제작하였다. 수십 년 뒤 멀티게이트 기술의 진보로 금속산화물 반도체 전계효과 트랜지스터 디바이스는 3차원 비평면 더블게이트 모스펫인 핀필드 효과 트랜지스터를 시작으로 20nm 게이트 길이보다 작은 나노스케일 수준으로 확장할 수 있게 됐다. UC버클리에서는 딕 히사모토, 첸민후, 류쯔제, 보코르 등 연구팀이 1998년 17nm 공정, 2001년 15nm 공정, 2002년 10nm 공정까지 핀펫 장치를 제작했다.
2000년대 초반 이 분야는 과학적, 정치적, 상업적 주목을 받았고 논쟁과 진보로 이어졌습니다. 나노기술의 정의와 잠재적 의미에 관한 논의가 왕립협회의 나노기술에 관한 보고서로 대표된다. 분자 나노기술 제창자가 상정하는 응용의 실현 가능성에 관한 과제가 제기되어 2001년과 2003년에 드렉슬러와 스몰리 사이에 공개 토론이 절정을 이루었다.
한편 나노스케일 기술의 진보를 기반으로 한 제품의 상용화가 부각되기 시작했다. 이들 제품은 나노재료의 대량 적용에 한정돼 물질의 원자제어를 수반하지 않는다. 은 나노입자를 항균제로 사용하는 실버 나노플랫폼, 나노입자 기반의 투명 자외선 차단제, 실리카 나노입자를 이용한 탄소섬유 강화, 염색에 강한 섬유용 탄소나노튜브 등이 대표적이다.
각국 정부는 나노기술의 크기에 기초한 정의를 공식화하고 나노스케일에 관한 연구를 위한 자금을 책정한 미국과 같은 나노기술 연구를 촉진하고 자금을 조달하기 위해 움직였으며, 유럽의 연구개발 프레임워크 프로그램을 통해 유럽과 같은 나노기술 연구를 촉진하기 위해 움직였습니다.
2000년대 중반까지 새롭고 심각한 과학적 관심이 높아지기 시작했다. 나노기술 로드맵을 작성하는 프로젝트가 등장했습니다.이 로드맵에서는 물질의 원자적으로 정확한 조작을 중심으로 기존의 능력 및 예측되는 목표 및 애플리케이션에 대해 논의합니다.
나노기술은 분자 규모에서의 기능 시스템 공학이다. 이것은 현재의 작업과 보다 고도의 개념 모두를 대상으로 하고 있습니다. 나노기술은 본래의 의미로 현재 개발되고 있는 기술이나 도구를 이용해 아이템을 바닥부터 구축해 완성도 높은 제품을 만들겠다는 예측 능력을 말합니다.
1 나노미터는 1미터의 10억분의 1, 즉 10~9다. 이에 반해 전형적인 탄소-탄소 결합 길이, 즉 분자 내 이들 원자 간의 간격은 0.12~0.15 nm 범위이며 DNA 이중 나선의 지름은 약 2 nm이다. 한편 마이코플라즈마속 세균인 최소 세포생명체의 길이는 약 200nm입니다. 종래 나노기술은 미국의 국가나노기술구상의 정의에 따라 1~100nm의 스케일 범위로 되어 있다. 나노기술은 원자와 분자로 장치를 만들어야 하기 때문에 하한은 원자의 크기에 따라 설정된다. 상한은 많든 적든 임의지만 더 큰 구조로 관측되지 않는 현상이 드러나기 시작하는 크기 이하이며 나노 디바이스에서 이용할 수 있다. 이러한 새로운 현상은 나노기술을 동등한 매크로 디바이스의 소형화된 버전에 불과한 디바이스와 구별한다.그러한 디바이스는, 보다 큰 규모이며, 마이크로 테크놀로지의 기술 하에 있다. 이 스케일을 다른 문맥으로 설명하자면 나노미터와 미터의 비교 크기는 대리석과 지구의 크기가 같습니다. 다른 식으로 말하면 나노미터란 보통 사람의 수염이 면도칼을 얼굴에 대는데 걸리는 시간을 말합니다.
나노기술에서는 주로 두 가지 접근법이 사용되고 있습니다. '바텀업' 접근 방식에서 재료 및 디바이스는 분자인식의 원리에 따라 화학적으로 조립할 수 있는 분자 컴포넌트로 구축됩니다. '톱다운' 접근방식에서는 나노 오브젝트는 원자 수준의 제어 없이 더 큰 엔티티에서 구축됩니다.
나노전자, 나노메카닉스, 나노광자학, 나노이오닉스 등 물리학 분야는 지난 수십 년간 나노기술의 기본적인 과학적 기반을 제공하기 위해 진화해 왔습니다.
시스템 크기가 작아짐에 따라 몇 가지 현상이 두드러집니다. 여기에는 통계적인 기계적 효과뿐만 아니라 양자역학적 효과도 포함된다.예를 들어 고체의 전자적 특성이 입자 크기의 대폭 감소와 함께 변화하는 '양자 크기 효과'가 있다. 이 효과는 매크로 차원에서 마이크로 차원으로 이행해도 발휘되지 않습니다. 하지만 일반적으로 100나노미터 이하 거리인 이른바 양자 영역인 나노미터 크기의 범위에 도달하면 양자 효과가 커질 수 있다. 또한 매크로 시스템과 비교하면 많은 물리적특성이 변화합니다. 일례로 재료의 기계적, 열적, 촉매적 특성을 변화시키는 표면적과 부피비의 증가를 들 수 있다. 나노 스케일에서의 확산과 반응, 나노 구조 재료와 고속 이온 수송을 수반하는 나노 디바이스는 일반적으로 나노 이온학이라고 불린다. 나노시스템의 기계적 특성은 나노역학 연구에 관심이 있습니다. 나노물질 촉매 활성은 또한 생체물질과의 상호작용에 있어 잠재적 위험성을 연다.
나노스케일로 축소된 재료는 매크로 스케일로 표시되는 재료와는 다른 특성을 나타낼 수 있어 고유한 애플리케이션을 가능하게 합니다. 예를 들어 불투명한 물질은 투명하게 되고 안정된 물질은 가연성이 되고 불용성 물질은 가용성이 될 수 있다. 금과 같은 화학적으로 정상적인 스케일에서 비활성 물질은 나노 스케일에서 강력한 화학 촉매 역할을 할 수 있다. 나노 기술에 대한 매력의 대부분은 물질이 나노스케일로 나타내는 양자 및 표면 현상에 기인합니다.
현대의 합성화학은 작은 분자를 거의 어떤 구조로든 마련할 수 있게 되었다. 이러한 방법은 현재 의약품과 시판 중인 폴리머 등 다양한 유용한 화학물질 제조에 사용되고 있습니다. 이러한 능력은 이러한 종류의 제어를 다음의 큰 레벨로 확장하는 문제를 제기하고, 이러한 단일 분자들을 명확하게 배열된 많은 분자로 이루어진 초분자 어셈블리에 조립하는 방법을 모색한다.
이러한 접근법은 분자 자기 조직화 및 또는 초분자 화학 개념을 이용하여 상향식 접근 방식을 통해 자동으로 몇 가지 유용한 구성으로 배치한다. 분자인식의 개념은 특히 중요하다: 분자는 비공유 분자간 힘에 의해 특정한 구성 또는 배치가 선호되도록 설계할 수 있다. 왓슨 클릭 염기쌍 규칙은 단일 기질을 대상으로 하는 효소의 특이성 또는 단백질 자체의 특정 접힘과 마찬가지로 이의 직접적인 결과다. 따라서 둘 이상의 컴포넌트는 더 복잡하고 유용한 전체를 만들도록 보완적이고 서로 매력적으로 설계할 수 있습니다.
이러한 바텀업 접근법은 디바이스를 병렬로 생산할 수 있어 탑다운 방식보다 훨씬 저렴해야 하지만 필요한 어셈블리의 크기와 복잡도가 증가함에 따라 잠재적으로 압도될 수 있다. 대부분의 유용한 구조는 복잡하고 열역학적으로 불가능한 원자 배치를 필요로 합니다. 그럼에도 불구하고 생물학에서 분자인식에 기반한 자기조직화의 많은 예가 있으며, 가장 현저한 것은 왓슨과 클릭의 염기쌍과 효소와 기질의 상호작용이다. 나노기술의 과제는 이러한 원리를 자연의 것에 더해 새로운 구조물 설계에도 응용할 수 있는가 하는 것이다.
분자 나노기술은 분자 제조라고 불리기도 하며 분자 스케일로 동작하는 공학적 나노시스템을 기술하고 있다. 분자 나노기술은 특히 분자 어셈블러와 관련이 있다.분자 어셈블러는 기계 합성 원리를 이용하여 원하는 구조 또는 장치를 원자마다 생성할 수 있는 기계이다. 생산적인 나노시스템의 맥락에서 제조하는 것은 탄소나노튜브나 나노입자와 같은 나노물질을 제조하기 위해 사용되는 기존 기술과 관련이 없으며 명확히 구별되어야 한다.
나노기술이라는 용어는 에릭 드렉슬러에 의해 독자적으로 만들어져 보급되었을 때 분자기계 시스템에 기초한 미래의 제조기술을 가리켰다. 그 전제는 전통적인 기계부품 분자 규모의 생물학적 유사성이 분자 기계가 가능하다는 것을 증명했다는 것이었다.생물학에서 발견된 무수한 예들에 의해 고도로 확률적으로 최적화된 생물 기계를 생산할 수 있는 것으로 알려져 있다.
나노기술의 발전으로 아마도 생체모방 원리를 이용하여 다른 방법으로 구축이 가능해질 것으로 기대되고 있다. 그러나 드렉슬러나 다른 연구자는 아마도 처음에는 생체모방수단에 의해 실장되었을지도 모르지만, 최종적으로는 이들 컴포넌트의 기계적 기능에 기초한 제조기술이라는 기계공학의 원리에 기초할 수 있다고 제안했다.원자 사양에 대한 프로그램 가능한 위치 어셈블리를 가능하게 하는 멤버. 예시적인 디자인의 물리학과 공학적 성능은 드렉슬러의 본 나노 시스템에서 분석되었다.
일반적으로 원자 규모로 장치를 조립하는 것은 매우 어렵습니다. 왜냐하면 원자를 같은 크기와 점착성을 가진 다른 원자 위에 배치해야 하기 때문입니다. 카를로 몬테마뇨가 제창한 또 다른 견해는 미래의 나노시스템은 실리콘 기술과 생물분자기계의 하이브리드가 될 것이라는 것입니다. 리처드 스마리는 개별 분자를 기계적으로 조작하는 것이 어렵기 때문에 기계 합성이 불가능하다고 주장했다.
이에 따라 2003년 ACS 출판 화학 및 엔지니어링 뉴스에서 편지가 교환되었습니다. 생물학은 분자기계 시스템이 가능함을 분명히 보여주고 있지만 비생물적 분자기계는 오늘날 아직 초기 단계에 불과하다. 생물학적이지 않은 분자기계 연구에서 리더는 박사입니다. 알렉스 제틀과 로렌스 버클리 연구소와 UC 버클리 동료. 그들은 적어도 세 개의 다른 분자 장치를 구축하고, 그 움직임은 전압 변화에 따라 데스크톱에서 제어되고 있다: 나노튜브 나노모터, 분자 액추에이터, 나노전기 기계적 이완 진동자 및 기타 예에 대해서는 나노튜브 나노모터를 참조하십시오.
위치분자 조립이 가능함을 보여주는 실험은 1999년 코넬대 허씨와 이씨가 진행했다. 이들은 주사터널 현미경을 이용해 일산화탄소 분자를 평탄한 은결정상에 있는 개별 철원자로 이동시키고 전압을 인가해 일산화탄소 분자와 철을 화학적으로 결합시켰다.