Top-Down- vs. Bottom-Up-Ansatz in der Nanotechnologie
Nanotechnologie ist Design, Entwicklung oder Manipulation im Nanometerbereich (ein Milliardstel Meter). Die Größe des Handelsobjekts sollte zumindest in einer Dimension weniger als hundert Nanometer betragen, um etwas als Nanotechnologie bezeichnen zu können. In der Nanotechnologie gibt es zwei Designansätze, die als Top-down und Bottom-up bekannt sind. Beide Ansätze sind in verschiedenen Arten von Anwendungen nützlich.
Top-down-Ansatz
Im Top-Down-Ansatz werden Objekte im Nanomaßstab hergestellt, indem größere Objekte verarbeitet werden. Die Herstellung integrierter Sch altkreise ist ein Beispiel für Top-Down-Nanotechnologie. Jetzt ist es auf die Ebene der Herstellung von elektromechanischen Nanosystemen (NEMS) gewachsen, bei denen winzige mechanische Komponenten wie Hebel, Federn und Flüssigkeitskanäle zusammen mit elektronischen Sch altkreisen auf einem winzigen Chip eingebettet sind. Die Ausgangsmaterialien bei diesen Fabrikationen sind relativ große Strukturen wie Siliziumkristalle. Lithographie ist die Technologie, die es ermöglicht hat, solche winzigen Chips herzustellen, und es gibt viele Arten davon, wie Foto-, Elektronenstrahl- und Ionenstrahllithographie.
Bei manchen Anwendungen werden Materialien in größerem Maßstab auf die Nanometerskala gemahlen, um das Seitenverhältnis von Oberfläche zu Volumen für mehr Reaktivität zu erhöhen. Nano-Gold, Nano-Silber und Nano-Titandioxid sind solche Nanomaterialien, die in unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt werden. Der Herstellungsprozess von Kohlenstoffnanoröhren unter Verwendung von Graphit in einem Lichtbogenofen ist ein weiteres Beispiel für Nanotechnologie mit Top-down-Ansatz.
Ansatz von unten nach oben
Der Bottom-up-Ansatz in der Nanotechnologie besteht darin, größere Nanostrukturen aus kleineren Bausteinen wie Atomen und Molekülen herzustellen. Selbstmontage, 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 den Top-down-Techniken.
Bottom-up-Ansatz Nanotechnologie kann in der Natur gefunden werden, wo biologische Systeme chemische Kräfte nutzen, um Strukturen für lebensnotwendige Zellen zu schaffen. Wissenschaftler und Ingenieure führen Forschungen durch, um diese Qualität der Natur zu imitieren, um kleine Cluster spezifischer Atome zu erzeugen, die sich dann selbst zu komplexeren Strukturen zusammenfügen können. Die Herstellung von Kohlenstoffnanoröhren unter Verwendung eines metallkatalysierten Polymerisationsverfahrens ist ein gutes Beispiel für die Bottom-up-Ansatz-Nanotechnologie.
Molekulare Maschinen und Herstellung ist ein Konzept der Bottom-up-Nanotechnologie, das 1987 von Eric Drexler in seinem Buch Engines of Creation eingeführt wurde. Es hat frühe Ansichten 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 Ausgangsbausteine kleiner sind als das endgültige Design im Bottom-Up-Ansatz
2. Bottom-up-Fertigung kann Strukturen mit perfekten Oberflächen und Kanten erzeugen (nicht f altig und enthält keine Hohlräume etc.), obwohl Oberflächen und Kanten, die durch Top-down-Fertigung entstehen, nicht perfekt sind, da sie f altig sind oder Hohlräume enth alten.
3. Fertigungstechnologien nach dem Bottom-up-Ansatz sind neuer als die Top-down-Fertigung und werden voraussichtlich in einigen Anwendungen eine Alternative dafür 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. Beim Top-Down-Ansatz gibt es eine gewisse Menge an Materialverschwendung, da einige Teile von der ursprünglichen Struktur entfernt werden, im Gegensatz zum Bottom-Up-Ansatz, bei dem kein Materi alteil entfernt wird.
