Unterschied zwischen dem Top-Down- und Bottom-Up-Ansatz in der Nanotechnologie
Share
Top Down vs. Bottom Up Ansatz in der Nanotechnologie
Nanotechnologie entwirft, entwickelt oder manipuliert im Nanometerbereich (ein Milliardstel Meter). Die Größe des Handelsobjekts sollte mindestens in einer Dimension weniger als hundert Nanometer betragen, um etwas als Nanotechnologie zu bezeichnen. In der Nanotechnologie gibt es zwei Designansätze, die als Top-Down- und Bottom-Up-Verfahren bezeichnet werden. Beide Ansätze sind in verschiedenen Arten von Anwendungen nützlich.
Top-down-Ansatz
Beim Top-Down-Ansatz werden Objekte im Nanomaßstab durch Bearbeitung größerer Objekte in der Größe hergestellt. Die Herstellung integrierter Schaltungen ist ein Beispiel für die Top-Down-Nanotechnologie. Jetzt ist es auf das Niveau der Herstellung von elektromechanischen Nanosystemen (NEMS) angewachsen, wo winzige mechanische Komponenten wie Hebel, Federn und Flüssigkeitskanäle zusammen mit elektronischen Schaltungen in einen winzigen Chip eingebettet sind. Die Ausgangsmaterialien bei diesen Herstellungen sind relativ große Strukturen wie Siliziumkristalle. Lithografie ist die Technologie, die die Herstellung solcher winziger Chips ermöglicht hat, und es gibt viele Arten von ihnen, z. B. Foto-, Elektronenstrahl- und Ionenstrahllithographie.
Bei einigen Anwendungen werden Materialien im größeren Maßstab auf die Nanometerskala gemahlen, um das Oberflächenverhältnis zu Volumenverhältnis zu erhöhen, um mehr Reaktivität zu erreichen. Nanogold, Nanosilber und Nanotitandioxid sind solche Nanomaterialien, die in verschiedenen Anwendungen verwendet werden. Ein weiteres Beispiel für die Nanotechnologie von oben nach unten ist die Herstellung von Kohlenstoffnanoröhrchen unter Verwendung von Graphit in einem Lichtbogenofen.
Bottom-up-Ansatz
Der Bottom-up-Ansatz der Nanotechnologie besteht darin, aus kleineren Bausteinen wie Atomen und Molekülen größere Nanostrukturen herzustellen. Selbstorganisation, bei der gewünschte Nanostrukturen ohne äußere Manipulation selbst zusammengebaut werden. Wenn die Objektgröße in der Nanofabrikation kleiner wird, ist der Bottom-Up-Ansatz eine zunehmend wichtige Ergänzung zu Top-Down-Techniken.
Bottom-up-Ansatz Die Nanotechnologie kann aus der Natur gefunden werden, wo biologische Systeme chemische Kräfte genutzt haben, um Strukturen für lebensnotwendige Zellen zu schaffen. Wissenschaftler und Ingenieure forschen, um diese Qualität der Natur zu imitieren, um kleine Cluster von spezifischen Atomen zu erzeugen, die sich dann zu komplexeren Strukturen zusammenfügen können. Die Herstellung von Kohlenstoffnanoröhren mit einem metallkatalysierten Polymerisationsverfahren ist ein gutes Beispiel für die Bottom-Up-Nanotechnologie.
Molekulare Maschinen und Herstellung ist ein Konzept der Bottom-Up-Nanotechnologie, das Eric Drexler 1987 in seinem Buch Engines of Creation vorstellte. Es hat früh Aufschluss darüber gegeben, wie mechanische Systeme im Nanomaßstab zum Aufbau komplexer molekularer Strukturen verwendet werden können.
|
Unterschied zwischen Top-Down- und Bottom-Up-Ansatz in der Nanotechnologie 1. Der Herstellungsprozess beginnt mit größeren Strukturen im Top-Down-Ansatz, bei denen die Startbausteine kleiner sind als der endgültige Entwurf im Bottom-Up-Ansatz 2. Bottom-Up-Fertigung kann Strukturen mit perfekten Oberflächen und Kanten erzeugen (nicht faltig und enthält keine Hohlräume usw.), obwohl durch Top-Down-Fertigung entstandene Oberflächen und Kanten nicht perfekt sind, da sie faltig sind oder Hohlräume enthalten. 3. Bottom-up-Ansatz Fertigungstechnologien sind neuer als Top-Down-Fertigung und es wird erwartet, dass sie in einigen Anwendungen eine Alternative darstellen (Beispiel: Transistoren).. 4. Produkte mit Bottom-Up-Ansatz haben eine höhere Genauigkeit (mehr Kontrolle über die Materialabmessungen) und können daher im Vergleich zum Top-Down-Ansatz kleinere Strukturen herstellen. 5. Bei dem Top-Down-Ansatz gibt es eine gewisse Menge an verschwendetem Material, da einige Teile von der ursprünglichen Struktur entfernt werden, im Gegensatz zum Bottom-Up-Ansatz, bei dem kein Materialteil entfernt wird.
|
