Capitolo 2 : Nanotecnologia

L'utilizzo di scale atomiche, molecolari e supramolecolari della materia per applicazioni industriali è il fulcro del campo della nanotecnologia, che è spesso abbreviato in nanotecnologia. Il termine "nanotecnologia molecolare" si riferisce allo specifico obiettivo scientifico di manipolare accuratamente atomi e molecole per la creazione di oggetti su macroscala. La prima e più comune descrizione di "nanotecnologia" riguardava questo particolare obiettivo tecnologico. Dopo un po' di tempo, la National Nanotechnology Initiative ha elaborato una definizione di nanotecnologia più completa. Secondo questa definizione, la nanotecnologia è la manipolazione della materia in cui almeno una dimensione ha una scala che va da 1 a 100 nanometri. Questa definizione riflette il fatto che gli effetti della meccanica quantistica sono importanti su questa scala del regno quantistico. Di conseguenza, la definizione si è spostata da un particolare obiettivo tecnologico a una categoria di ricerca che comprende tutti i tipi di ricerca e tecnologie che si occupano delle proprietà speciali della materia che si verificano al di sotto della soglia dimensionale data. In altre parole, la definizione è diventata una categoria di ricerca. È per questo motivo che il termine "nanotecnologie", sia nella sua forma singolare che plurale, così come il termine "tecnologie su scala nanometrica", sono spesso usati per riferirsi a un'ampia varietà di studi e applicazioni che condividono la caratteristica di essere molto piccoli.

Il termine "nanotecnologia" si riferisce a qualsiasi cosa con dimensioni su scala nanometrica o inferiori. La sua applicazione spazia dalla creazione di nuovi materiali con dimensioni su scala nanometrica al controllo diretto della materia su scala atomica. La scienza delle superfici, la chimica organica, la biologia molecolare, la fisica dei semiconduttori e l'accumulo di energia sono solo alcuni dei sottocampi scientifici che rientrano nella sua competenza.

Le potenziali ripercussioni della nanotecnologia sono ora un argomento di discussione tra gli scienziati. La nanotecnologia ha il potenziale per produrre un gran numero di nuovi materiali e tecnologie, ognuno dei quali potrebbe avere un'ampia varietà di usi. Alcuni esempi di queste applicazioni includono la nanomedicina, la nanoelettronica, i biomateriali, la generazione di energia e gli articoli di consumo. D'altra parte, la nanotecnologia solleva molti degli stessi problemi di qualsiasi nuova tecnologia, come le preoccupazioni sulla tossicità e l'impatto ambientale dei nanomateriali, così come le loro possibili implicazioni sulle economie globali, e la speculazione su una varietà di altri scenari di fine del mondo. A causa di questi problemi, le organizzazioni di difesa e i governi di tutto il mondo stanno ora discutendo se la nanotecnologia debba essere soggetta o meno a una regolamentazione specifica.

Richard Feynman, un noto fisico, tenne un discorso intitolato "C'è molto spazio in fondo" nel 1959. In questo discorso, ha descritto la possibilità di sintesi attraverso la manipolazione diretta degli atomi. Questo discorso è stata la prima discussione pubblica sulle idee che sarebbero poi diventate il fondamento della nanotecnologia.

Nel 1974, Norio Taniguchi fu la prima persona a usare l'espressione "nanotecnologia", nonostante il fatto che il termine non fosse ben riconosciuto all'epoca. K. Eric Drexler ha usato per la prima volta il termine "nanotecnologia" nel suo libro Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology, che ha pubblicato nel 1986. In quel libro, Drexler propose l'idea di un "assemblatore" su scala nanometrica che sarebbe stato in grado di costruire una copia di se stesso e di altri oggetti di complessità arbitraria con il controllo atomico. Drexler è stato ispirato a usare il termine "nanotecnologia" dalle idee che Richard Feynman aveva sviluppato. Sempre nel 1986, Drexler è stato co-fondatore del Foresight Institute, un'organizzazione a cui non è più associato, con l'obiettivo di aiutare il grande pubblico a diventare più consapevole e informato sulla nanotecnologia e le sue conseguenze.

Negli anni '80, il campo della nanotecnologia è emerso come risultato della convergenza del lavoro teorico e pubblico di Drexler, che ha sviluppato e reso popolare un quadro concettuale per la nanotecnologia, e i progressi sperimentali ad alta visibilità che hanno attirato ulteriore attenzione su larga scala alle prospettive del controllo atomico della materia. Il lavoro di Drexler ha sviluppato e reso popolare un quadro concettuale per la nanotecnologia. I progressi sperimentali ad alta visibilità hanno anche attirato un'ulteriore attenzione su larga scala sulle prospettive del controllo atomico della materia. Due progressi significativi compiuti negli anni '80 sono stati la scintilla che ha acceso l'espansione della nanotecnologia nell'era attuale. In primo luogo, lo sviluppo del microscopio a scansione a effetto tunnel nel 1981, che ha reso possibile vedere singoli atomi e legami in un modo che non era mai stato fatto prima e nel 1989 è stato utilizzato con successo per il processo di manipolazione dei singoli atomi. Gerd Binnig e Heinrich Rohrer, che hanno lavorato allo sviluppo del microscopio presso il laboratorio di ricerca IBM di Zurigo, sono stati insigniti del premio Nobel per la fisica nel 1986 per il loro lavoro. Durante lo stesso anno, Binnig, Quate e Gerber furono anche gli inventori del microscopio a forza atomica.

In secondo luogo, i fullereni sono stati trovati nel 1985 da Harry Kroto, Richard Smalley e Robert Curl, che hanno condiviso il premio Nobel per la chimica nel 1996. A questi tre scienziati è attribuita la scoperta dei fullereni. Questo è il motivo per cui Iijima è stato insignito del primo Premio Kavli in Nanoscienze nel 2008.

Nel 1960, A. Rose fu la prima persona a suggerire l'idea di un transistor a giunzione metallo-semiconduttore a base di nanostrati (giunzione M-S). Nel 1962, L. Geppert, Mohamed Atalla e Dawon Kahng furono i primi a produrne uno.

I governi hanno adottato misure per promuovere e finanziare la ricerca sulla nanotecnologia, come negli Stati Uniti con la National Nanotechnology Initiative, che ha formalizzato una definizione di nanotecnologia basata sulle dimensioni e ha stabilito finanziamenti per la ricerca su scala nanometrica, e in Europa con i programmi quadro europei per la ricerca e lo sviluppo tecnologico.

Intorno alla metà degli anni 2000 inizia una nuova e seria ondata di attenzione da parte della comunità scientifica. La produzione di tabelle di marcia per le nanotecnologie ha dato origine a una serie di progetti. Queste roadmap si concentrano sulla manipolazione atomicamente precisa della materia e descrivono le capacità, gli obiettivi e le applicazioni presenti e previste.

Il 2006 ha visto lo sviluppo del più piccolo dispositivo nanoelettronico del mondo, il MOSFET a 3 nm, creato da un team di ricercatori coreani del Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) e del National Nano Fab Center. La tecnologia FinFET gate-all-around (GAA) è stata la base su cui è stata costruita.

L'ingegneria di sistemi funzionanti su scala molecolare è ciò che si intende con il termine "nanotecnologia". Questo contiene sia i progetti attualmente in corso che le idee che sono più avanti nel loro sviluppo. Nel suo contesto originale, il termine "nanotecnologia" si riferisce alla capacità anticipata di costruire cose da zero utilizzando metodi e strumenti che sono ora in fase di sviluppo al fine di produrre prodotti finiti con capacità superiori.

Un nanometro (a volte scritto come nm) è uguale a un miliardesimo.

o 10-9, a che fare con un metro.

Al contrario, le lunghezze dei legami carbonio-carbonio che sono usuali, o la distanza tra ciascuno degli atomi che compongono una molecola, hanno una dimensione compresa tra 0,12 e 0,15 nanometri; Inoltre, il diametro di una doppia elica di DNA è di circa 2 nanometri.

In altre parole, le forme di vita più semplici composte da cellule, i microrganismi appartenenti al genere Mycoplasma, sono lunghe circa 200 nanometri.

Secondo la norma, secondo la definizione fornita dalla National Nanotechnology Initiative negli Stati Uniti, l'intervallo di scala da 1 a 100 nanometri è considerato nanotecnologia.

La dimensione degli atomi determina il limite più basso, perché l'idrogeno ha gli atomi più piccoli di qualsiasi elemento (

A causa del fatto che la nanotecnologia deve costruire i suoi gadget da atomi e molecole, che hanno un diametro cinetico di circa un quarto di nanometro.

Il limite superiore è più o meno arbitrario, ma è intorno alla dimensione al di sotto della quale i fenomeni che non si vedono in strutture più grandi iniziano a diventare visibili e possono essere utilizzati nel nano dispositivo. Questa dimensione è approssimativamente la dimensione della dimensione più piccola al di sotto della quale si possono notare i fenomeni.

Al fine di offrire una base scientifica fondamentale per la nanotecnologia, i sottocampi della fisica come la nanoelettronica, la nanomeccanica, la nanofotonica e la nanoionica si sono sviluppati in modo significativo nel corso degli ultimi decenni.

Quando la scala del sistema si riduce, alcuni fenomeni possono essere visti più chiaramente. Questi includono gli effetti meccanici statistici e gli effetti meccanici quantistici, come l'"effetto dimensione quantistica", in cui le proprietà elettroniche dei solidi vengono alterate quando si verifica una riduzione significativa della dimensione delle particelle. Altri esempi includono l'"effetto termomeccanico", che si verifica quando si verifica un cambiamento di temperatura. Passare da una prospettiva macro a una micro elimina...