Sự khác biệt giữa cách tiếp cận từ trên xuống và từ dưới lên trong công nghệ nano

Cách tiếp cận từ trên xuống so với từ dưới lên trong công nghệ nano

Công nghệ nano đang thiết kế, phát triển hoặc chế tác ở quy mô nanomet (một phần tỷ mét). Kích thước đối tượng xử lý phải nhỏ hơn hàng trăm nanomet trong một chiều để gọi thứ gì đó là công nghệ nano. Có hai cách tiếp cận thiết kế trong công nghệ nano được gọi là từ trên xuống và từ dưới lên. Cả hai cách tiếp cận đều hữu ích trong các loại ứng dụng khác nhau.

Cách tiếp cận từ trên xuống

Theo cách tiếp cận từ trên xuống, các đối tượng quy mô nano được tạo ra bằng cách xử lý các đối tượng có kích thước lớn hơn. Chế tạo mạch tích hợp là một ví dụ cho công nghệ nano từ trên xuống. Bây giờ nó đã được phát triển đến mức chế tạo các hệ thống cơ điện nano (NEMS) trong đó các thành phần cơ học nhỏ như đòn bẩy, lò xo và kênh chất lỏng cùng với các mạch điện tử được nhúng vào một con chip nhỏ. Các vật liệu ban đầu trong các chế tạo này là các cấu trúc tương đối lớn như tinh thể silicon. Kỹ thuật in thạch bản là công nghệ cho phép tạo ra những con chip nhỏ như vậy và có nhiều loại trong số chúng như quang ảnh, chùm electron và quang khắc chùm ion.

Trong một số ứng dụng, vật liệu ở quy mô lớn hơn được mài theo tỷ lệ nanomet để tăng tỷ lệ diện tích bề mặt so với thể tích để có độ phản ứng cao hơn. Nano vàng, bạc nano và nano titan dioxide là những vật liệu nano như vậy được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau. Quy trình sản xuất ống nano carbon sử dụng than chì trong lò hồ quang là một ví dụ khác cho công nghệ nano tiếp cận từ trên xuống.

Cách tiếp cận từ dưới lên

Cách tiếp cận từ dưới lên trong công nghệ nano đang tạo ra các cấu trúc nano lớn hơn từ các khối xây dựng nhỏ hơn như nguyên tử và phân tử. Tự lắp ráp trong đó các cấu trúc nano mong muốn được tự lắp ráp mà không cần bất kỳ thao tác bên ngoài nào. Khi kích thước đối tượng ngày càng nhỏ hơn trong chế tạo nano, phương pháp từ dưới lên là một bổ sung ngày càng quan trọng cho các kỹ thuật từ trên xuống.

Công nghệ nano tiếp cận từ dưới lên có thể được tìm thấy từ thiên nhiên, nơi các hệ thống sinh học đã khai thác các lực hóa học để tạo ra các cấu trúc cho các tế bào cần thiết cho sự sống. Các nhà khoa học và kỹ sư thực hiện nghiên cứu để bắt chước chất lượng tự nhiên này để tạo ra các cụm nhỏ nguyên tử cụ thể, sau đó có thể tự lắp ráp thành các cấu trúc phức tạp hơn. Sản xuất ống nano carbon bằng phương pháp trùng hợp xúc tác kim loại là một ví dụ điển hình cho công nghệ nano tiếp cận từ dưới lên.

Máy móc và sản xuất phân tử là một khái niệm về công nghệ nano từ dưới lên được Eric Drexler giới thiệu trong cuốn sách Engines of Creation năm 1987. Nó đã đưa ra những quan điểm ban đầu về cách các hệ thống cơ học quy mô nano có thể được sử dụng để xây dựng các cấu trúc phân tử phức tạp.