आविष्कारों का इतिहास - नैनोटेक्नोलॉजी
पहले से ही लगभग 600 ईसा पूर्व। लोगों ने नैनोटाइप संरचनाएं बनाईं, यानी स्टील में सीमेंटाइट धागे, जिन्हें वूट्ज़ कहा जाता है। ऐसा भारत में हुआ और इसे नैनो टेक्नोलॉजी के इतिहास की शुरुआत माना जा सकता है।
VI-XV सी. इस अवधि के दौरान सना हुआ ग्लास खिड़कियों को पेंट करते समय उपयोग किए जाने वाले रंगों में सोने के क्लोराइड के नैनोकणों, अन्य धातुओं के क्लोराइड, साथ ही धातु ऑक्साइड का उपयोग किया जाता है।
IX-XVII सदियों यूरोप में कई जगहें चीनी मिट्टी की चीज़ें और अन्य वस्तुओं में चमक जोड़ने के लिए "चमक" और अन्य पदार्थों का उत्पादन करती हैं। उनमें धातु के नैनोकण होते थे, जो अक्सर चांदी या तांबे के होते थे।
XIII-XVIII w. इन शताब्दियों के दौरान उत्पादित "दमिश्क स्टील", जिससे विश्व प्रसिद्ध सफेद हथियार बनाए गए थे, में कार्बन नैनोट्यूब और सीमेंटाइट नैनोफाइबर शामिल हैं।
1857 माइकल फैराडे ने सोने के नैनोकणों की रूबी रंग विशेषता के साथ कोलाइडल सोने की खोज की।
1931 मैक्स नॉल और अर्न्स्ट रुस्का ने बर्लिन में एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का निर्माण किया, यह पहला उपकरण है जो किसी को परमाणु स्तर पर नैनोकणों की संरचना को देखने की अनुमति देता है। इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा जितनी अधिक होगी, उनकी तरंग दैर्ध्य उतनी ही कम होगी और माइक्रोस्कोप का रिज़ॉल्यूशन उतना अधिक होगा। नमूना निर्वात में होता है और अक्सर धातु की फिल्म से ढका होता है। इलेक्ट्रॉन किरण परीक्षण वस्तु से होकर गुजरती है और डिटेक्टरों तक पहुंचती है। मापे गए संकेतों के आधार पर, इलेक्ट्रॉनिक उपकरण परीक्षण नमूने की एक छवि का पुनर्निर्माण करते हैं।
1936 सीमेंस प्रयोगशालाओं में कार्यरत इरविन मुलर ने क्षेत्र उत्सर्जन माइक्रोस्कोप का आविष्कार किया, जो उत्सर्जन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का सबसे सरल रूप है। यह माइक्रोस्कोप क्षेत्र उत्सर्जन और इमेजिंग के लिए एक उच्च विद्युत क्षेत्र का उपयोग करता है।
1950 विक्टर ला मेर और रॉबर्ट डिनेगर ने मोनोडिस्पर्स कोलाइडल सामग्री प्राप्त करने की तकनीक के लिए सैद्धांतिक आधार तैयार किया। इससे औद्योगिक पैमाने पर विशेष प्रकार के कागज, पेंट और पतली फिल्मों का उत्पादन संभव हो गया।
1956 मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (एमआईटी) के आर्थर वॉन हिप्पेल ने "आणविक इंजीनियरिंग" शब्द गढ़ा।
1959 रिचर्ड फेनमैन एक व्याख्यान देते हैं "नीचे बहुत जगह है।" एक पिन के शीर्ष पर 24-खंड एनसाइक्लोपीडिया ब्रिटानिका को फिट करने में क्या लगेगा, इसकी कल्पना करके शुरुआत करते हुए, उन्होंने लघुकरण की अवधारणा और उन तकनीकों का उपयोग करने की संभावना पेश की जो नैनोमीटर स्तर पर काम कर सकती हैं। इस अवसर पर, उन्होंने इस क्षेत्र में उपलब्धियों के लिए दो पुरस्कार (तथाकथित फेनमैन पुरस्कार) स्थापित किए - प्रत्येक का मूल्य एक हजार डॉलर था।
1960 प्रथम पुरस्कार के भुगतान ने फेनमैन को निराश किया। उन्होंने मान लिया था कि अपने लक्ष्यों को प्राप्त करने के लिए तकनीकी सफलताओं की आवश्यकता होगी, लेकिन उस समय उन्होंने माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स की क्षमता को कम आंका था। विजेता 35 वर्षीय इंजीनियर विलियम एच. मैक्लेलन थे। उन्होंने 250 मेगावाट की शक्ति वाली 1 माइक्रोग्राम वजनी मोटर बनाई।
1968 अल्फ्रेड वाई. चो और जॉन आर्थर एपिटाक्सी विधि विकसित करते हैं। यह सेमीकंडक्टर तकनीक का उपयोग करके सतह मोनोआटोमिक परतों के गठन की अनुमति देता है - मौजूदा क्रिस्टलीय सब्सट्रेट पर नई सिंगल-क्रिस्टल परतों की वृद्धि, मौजूदा क्रिस्टलीय सब्सट्रेट सब्सट्रेट की संरचना को डुप्लिकेट करना। एपिटॉक्सी की एक भिन्नता आणविक यौगिकों की एपिटॉक्सी है, जो एक परमाणु परत की मोटाई के साथ क्रिस्टलीय परतों को जमा करना संभव बनाती है। इस पद्धति का उपयोग क्वांटम डॉट्स और तथाकथित पतली परतों के उत्पादन में किया जाता है।
1974 "नैनोटेक्नोलॉजी" शब्द का परिचय। इसका प्रयोग सबसे पहले टोक्यो विश्वविद्यालय के शोधकर्ता नोरियो तानिगुची ने एक वैज्ञानिक सम्मेलन में किया था। जापानी भौतिकी की परिभाषा अभी भी उपयोग में है और इस तरह लगती है: "नैनोटेक्नोलॉजी उस तकनीक का उपयोग करके उत्पादन है जो किसी को बहुत उच्च परिशुद्धता और बेहद छोटे आकार प्राप्त करने की अनुमति देती है, यानी। 1 एनएम के क्रम की सटीकता।"
क्वांटम ड्रॉप का दृश्य
80 और 90s लिथोग्राफिक प्रौद्योगिकी के तेजी से विकास और क्रिस्टल की अल्ट्राथिन परतों के उत्पादन की अवधि। पहला, MOCVD (), गैसीय ऑर्गेनोमेटेलिक यौगिकों का उपयोग करके सामग्री की सतह पर परतें जमा करने की एक विधि है। यह एपिटैक्सियल तरीकों में से एक है, इसलिए इसका वैकल्पिक नाम - MOSFE () है। दूसरी विधि, एमबीई, एक सटीक निर्दिष्ट रासायनिक संरचना और अशुद्धता एकाग्रता प्रोफ़ाइल के सटीक वितरण के साथ बहुत पतली नैनोमीटर परतों के जमाव की अनुमति देती है। यह इस तथ्य के कारण संभव है कि परत के घटकों को अलग-अलग आणविक बीम में सब्सट्रेट को आपूर्ति की जाती है।
1981 गर्ड बिनिग और हेनरिक रोहरर ने एक स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप बनाया। अंतर-परमाणु अंतःक्रियाओं की शक्तियों का उपयोग करते हुए, यह आपको नमूने की सतह के ऊपर या नीचे एक ब्लेड को घुमाकर एकल परमाणु के आकार के क्रम पर एक रिज़ॉल्यूशन के साथ एक सतह की छवि बनाने की अनुमति देता है। 1989 में, इस उपकरण का उपयोग व्यक्तिगत परमाणुओं में हेरफेर करने के लिए किया गया था। बिनिग और रोहरर को 1986 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।
1985 बेल लैब्स के लुई ब्रूस ने कोलाइडल सेमीकंडक्टर नैनोक्रिस्टल (क्वांटम डॉट्स) की खोज की। उन्हें अंतरिक्ष के एक छोटे से क्षेत्र के रूप में परिभाषित किया गया है, जो संभावित बाधाओं द्वारा तीन आयामों में सीमित है, जब बिंदु के आकार के बराबर तरंग दैर्ध्य वाला एक कण प्रवेश करता है।
सी. एरिक ड्रेक्सलर की पुस्तक इंजन्स ऑफ क्रिएशन: द कमिंग एरा ऑफ नैनोटेक्नोलॉजी का कवर
1985 रॉबर्ट फ्लोयड कर्ल, जूनियर, हेरोल्ड वाल्टर क्रोटेउ और रिचर्ड एरेट स्माले ने फुलरीन की खोज की, अणु सम संख्या में कार्बन परमाणुओं (28 से लगभग 1500 तक) से बने होते हैं जो एक बंद, खोखले शरीर का निर्माण करते हैं। फुलरीन के रासायनिक गुण कई मायनों में सुगंधित हाइड्रोकार्बन के गुणों के समान हैं। फुलरीन सी60, या बकमिनस्टरफुलरीन, अन्य फुलरीन की तरह, कार्बन का एक एलोट्रोपिक रूप है।
1986-1992 सी. एरिक ड्रेक्सलर ने भविष्य विज्ञान पर दो महत्वपूर्ण पुस्तकें प्रकाशित कीं जो नैनो टेक्नोलॉजी को लोकप्रिय बनाती हैं। पहली, 1986 में रिलीज़ हुई, जिसे इंजन्स ऑफ़ क्रिएशन: द कमिंग एरा ऑफ़ नैनोटेक्नोलॉजी कहा जाता है। अन्य बातों के अलावा, उनका अनुमान है कि भविष्य की प्रौद्योगिकियां नियंत्रित तरीके से व्यक्तिगत परमाणुओं में हेरफेर करने में सक्षम होंगी। 1992 में, उन्होंने नैनोसिस्टम्स: मॉलिक्यूलर हार्डवेयर, मैन्युफैक्चरिंग और कम्प्यूटेशनल आइडिया प्रकाशित किया, जिसमें भविष्यवाणी की गई कि नैनोमशीनें खुद को पुन: पेश कर सकती हैं।
1989 IBM के डोनाल्ड एम. आइगलर शब्द "IBM" - जो 35 क्सीनन परमाणुओं से बना है - एक निकेल सतह पर रखता है।
1991 जापान के त्सुकुबा में एनईसी के सुमियो इजिमा ने कार्बन नैनोट्यूब, खोखले बेलनाकार संरचनाओं की खोज की। आज, सबसे प्रसिद्ध कार्बन नैनोट्यूब हैं, जिनकी दीवारें रोल्ड ग्राफीन से बनी होती हैं। गैर-कार्बन नैनोट्यूब और डीएनए नैनोट्यूब भी हैं। सबसे पतले कार्बन नैनोट्यूब का व्यास लगभग एक नैनोमीटर होता है और यह लाखों गुना अधिक लंबा हो सकता है। उनमें उल्लेखनीय तन्य शक्ति और अद्वितीय विद्युत गुण हैं, और वे उत्कृष्ट ताप संवाहक भी हैं। ये गुण उन्हें नैनोटेक्नोलॉजी, इलेक्ट्रॉनिक्स, ऑप्टिक्स और सामग्री विज्ञान में अनुप्रयोगों के लिए आशाजनक सामग्री बनाते हैं।
1993 उत्तरी कैरोलिना विश्वविद्यालय के वॉरेन रॉबिनेट और कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, लॉस एंजिल्स के आर. स्टेनली विलियम्स एक स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप से जुड़ा एक आभासी वास्तविकता प्रणाली बना रहे हैं जो उपयोगकर्ता को परमाणुओं को देखने और यहां तक कि छूने की अनुमति देता है।
1998 नीदरलैंड में डेल्फ़्ट यूनिवर्सिटी ऑफ़ टेक्नोलॉजी में सीस डेकर की टीम एक ट्रांजिस्टर बना रही है जो कार्बन नैनोट्यूब का उपयोग करती है। वर्तमान में, वैज्ञानिक बेहतर और तेज़ इलेक्ट्रॉनिक्स का उत्पादन करने के लिए कार्बन नैनोट्यूब के अद्वितीय गुणों का उपयोग करने की कोशिश कर रहे हैं जो कम बिजली की खपत करते हैं। यह कई कारकों द्वारा सीमित था, जिनमें से कुछ को धीरे-धीरे दूर किया गया, ताकि 2016 में, विस्कॉन्सिन-मैडिसन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने सर्वोत्तम सिलिकॉन प्रोटोटाइप से बेहतर मापदंडों के साथ एक कार्बन ट्रांजिस्टर बनाया। माइकल अर्नोल्ड और पद्मा गोपालन के नेतृत्व में किए गए शोध से एक कार्बन नैनोट्यूब ट्रांजिस्टर का विकास हुआ है जो अपने सिलिकॉन प्रतिस्पर्धी से दोगुना करंट प्रवाहित कर सकता है।
2003 सैमसंग ने सूक्ष्म चांदी आयनों की क्रिया पर आधारित एक उन्नत तकनीक का पेटेंट कराया है जो कीटाणुओं, फफूंद और छह सौ से अधिक प्रकार के जीवाणुओं को नष्ट करती है और उनके प्रसार को रोकती है। चांदी के कणों को कंपनी के वैक्यूम क्लीनर में सबसे महत्वपूर्ण निस्पंदन सिस्टम - सभी फिल्टर और धूल कंटेनर या बैग में पेश किया गया था।
2004 ब्रिटिश रॉयल सोसाइटी और रॉयल एकेडमी ऑफ इंजीनियरिंग ने नैनोसाइंस और नैनोटेक्नोलॉजी: अवसर और अनिश्चितताएं नामक एक रिपोर्ट प्रकाशित की है, जिसमें नैतिक और कानूनी विचारों को ध्यान में रखते हुए स्वास्थ्य, पर्यावरण और समाज के लिए नैनोटेक्नोलॉजी के संभावित खतरों पर शोध करने का आह्वान किया गया है।
फुलरीन पहियों पर नैनोमोटर का मॉडल
2006 जेम्स टूर, राइस यूनिवर्सिटी के वैज्ञानिकों की एक टीम के साथ मिलकर, ऑलिगो (फेनिलेनेथिनिलीन) अणु से एक सूक्ष्म "वैन" का निर्माण कर रहे हैं, जिसके एक्सल एल्यूमीनियम परमाणुओं से बने होते हैं, और पहिए C60 फुलरीन से बने होते हैं। बढ़ते तापमान के प्रभाव में फुलरीन "पहियों" के घूमने के कारण नैनोवाहन सोने के परमाणुओं से बनी सतह पर चला गया। 300°C के तापमान से ऊपर, इसकी गति इतनी तेज हो गई कि रसायनज्ञ अब इसे ट्रैक नहीं कर सके...
2007 टेक्नियन नैनोटेक्नोलॉजिस्टों ने संपूर्ण यहूदी "ओल्ड टेस्टामेंट" को केवल 0,5 मिमी के क्षेत्र पर रखा है2 सोना चढ़ाया हुआ सिलिकॉन वेफर। प्लेट पर गैलियम आयनों की एक केंद्रित धारा को निर्देशित करके पाठ को उकेरा गया था।
2009-2010 न्यूयॉर्क विश्वविद्यालय में नाड्रियन सीमैन और उनके सहयोगी डीएनए जैसी नैनोमाउंट की एक श्रृंखला बना रहे हैं जिसमें सिंथेटिक डीएनए संरचनाओं को वांछित आकार और गुणों के साथ अन्य संरचनाओं का "निर्माण" करने के लिए प्रोग्राम किया जा सकता है।
2013 आईबीएम के वैज्ञानिक एक ऐसी एनिमेटेड फिल्म बना रहे हैं जिसे 100 मिलियन बार बड़ा करने के बाद ही देखा जा सकेगा। इसे "ए बॉय एंड हिज़ एटम" कहा जाता है और इसे एक मीटर के एक अरबवें डायटोमिक बिंदुओं से बनाया गया है जो कार्बन मोनोऑक्साइड के एकल अणुओं का प्रतिनिधित्व करते हैं। कार्टून में एक लड़के को दिखाया गया है जो पहले गेंद से खेलता है और फिर ट्रैम्पोलिन पर कूदता है। अणुओं में से एक गेंद की भूमिका भी निभाता है। सारी क्रिया तांबे की सतह पर होती है, और प्रत्येक फिल्म फ्रेम का आकार कई दसियों नैनोमीटर से अधिक नहीं होता है।
2014 ज्यूरिख में ईटीएच प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों ने एक नैनोमीटर से भी कम मोटी छिद्रपूर्ण झिल्ली बनाने में सफलता हासिल की है। नैनोटेक्नोलॉजिकल हेरफेर के माध्यम से प्राप्त सामग्री की मोटाई 100 है। मानव बाल से कई गुना कम। लेखकों की टीम के सदस्यों के अनुसार, यह सबसे पतला झरझरा पदार्थ है जिसे प्राप्त किया जा सकता है और आमतौर पर यह संभव है। इसमें द्वि-आयामी ग्राफीन संरचना की दो परतें होती हैं। झिल्ली पारगम्य है, लेकिन केवल छोटे कणों के लिए, बड़े कणों को धीमा कर देती है या पूरी तरह से फँसा लेती है।
2015 एक आणविक पंप बनाया जा रहा है - एक नैनो आकार का उपकरण जो प्राकृतिक प्रक्रियाओं का अनुकरण करते हुए ऊर्जा को एक अणु से दूसरे अणु में स्थानांतरित करता है। यह लेआउट नॉर्थवेस्टर्न के वेनबर्ग कॉलेज ऑफ आर्ट्स एंड साइंसेज के शोधकर्ताओं द्वारा विकसित किया गया था। यह तंत्र प्रोटीन में जैविक प्रक्रियाओं जैसा दिखता है। ऐसी तकनीकों का मुख्य रूप से कृत्रिम मांसपेशियों जैसे जैव प्रौद्योगिकी और चिकित्सा के क्षेत्र में उपयोग होने की उम्मीद है।
2016 वैज्ञानिक पत्रिका नेचर नैनोटेक्नोलॉजी में एक प्रकाशन के अनुसार, डेल्फ़्ट में डच तकनीकी विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने अभिनव एकल-परमाणु भंडारण मीडिया विकसित किया है। नई विधि को वर्तमान में उपयोग में आने वाली किसी भी तकनीक की तुलना में पांच सौ गुना अधिक डेटा भंडारण घनत्व प्रदान करना चाहिए। लेखक ध्यान देते हैं कि अंतरिक्ष में कणों के स्थान के त्रि-आयामी मॉडल का उपयोग करके और भी बेहतर परिणाम प्राप्त किए जा सकते हैं।
नैनोटेक्नोलॉजीज और नैनोमटेरियल्स का वर्गीकरण
- नैनोटेक्नोलॉजिकल संरचनाओं में शामिल हैं:
- क्वांटम कुएं, तार और डॉट्स, यानी विभिन्न संरचनाएं जो निम्नलिखित विशेषता को जोड़ती हैं - संभावित बाधाओं के माध्यम से एक निश्चित क्षेत्र में कणों की स्थानिक सीमा;
- प्लास्टिक, जिसकी संरचना को व्यक्तिगत अणुओं के स्तर पर नियंत्रित किया जाता है, जिसके लिए यह संभव है, उदाहरण के लिए, अभूतपूर्व यांत्रिक गुणों वाली सामग्री प्राप्त करना;
- कृत्रिम फाइबर - एक बहुत ही सटीक आणविक संरचना वाली सामग्री, असामान्य यांत्रिक गुणों द्वारा भी प्रतिष्ठित;
- नैनोट्यूब, खोखले सिलेंडर के रूप में सुपरमॉलेक्यूलर संरचनाएं। आज, सबसे प्रसिद्ध कार्बन नैनोट्यूब हैं, जिनकी दीवारें मुड़े हुए ग्राफीन (मोनैटोमिक ग्रेफाइट की परतें) से बनी होती हैं। गैर-कार्बन नैनोट्यूब भी हैं (उदाहरण के लिए, टंगस्टन सल्फाइड से) और डीएनए से;
- सामग्री को कुचलकर धूल बना दिया जाता है, जिसके कण, उदाहरण के लिए, धातु परमाणुओं के समूह होते हैं। मजबूत जीवाणुरोधी गुणों वाली चांदी () का इस रूप में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है;
- नैनोवायर (उदाहरण के लिए, चांदी या तांबा);
- इलेक्ट्रॉन लिथोग्राफी और अन्य नैनोलिथोग्राफी विधियों का उपयोग करके गठित तत्व;
- फुलरीन;
- ग्राफीन और अन्य द्वि-आयामी सामग्री (बोरोफीन, ग्राफीन, हेक्सागोनल बोरान नाइट्राइड, सिलिकन, जर्मेनीन, मोलिब्डेनम सल्फाइड);
- मिश्रित सामग्री को नैनोकणों से सुदृढ़ किया जाता है।
नैनोलिथोग्राफ़िक सतह
- आर्थिक सहयोग और विकास संगठन (ओईसीडी) द्वारा 2004 में विकसित विज्ञान के वर्गीकरण में नैनो प्रौद्योगिकियों का वर्गीकरण:
- नैनोमटेरियल्स (उत्पादन और गुण);
- नैनोप्रोसेसेस (नैनोस्केल एप्लिकेशन - बायोमैटेरियल्स औद्योगिक जैव प्रौद्योगिकी से संबंधित हैं)।
- नैनोमटेरियल्स वे सभी सामग्रियां हैं जिनमें आणविक स्तर पर नियमित संरचनाएं होती हैं, अर्थात। 100 नैनोमीटर से अधिक नहीं.
यह सीमा डोमेन के आकार को माइक्रोस्ट्रक्चर की मूल इकाई के रूप में, या सब्सट्रेट पर प्राप्त या जमा की गई परतों की मोटाई के रूप में संदर्भित कर सकती है। व्यवहार में, नीचे की सीमा जिसके लिए नैनो सामग्री को जिम्मेदार ठहराया जाता है, विभिन्न प्रदर्शन गुणों वाली सामग्री के लिए भिन्न होती है - यह मुख्य रूप से पार होने पर विशिष्ट गुणों की उपस्थिति से जुड़ी होती है। सामग्रियों की आदेशित संरचनाओं के आकार को कम करके, उनके भौतिक-रासायनिक, यांत्रिक और अन्य गुणों में उल्लेखनीय सुधार करना संभव है।
नैनोमटेरियल्स को निम्नलिखित चार समूहों में विभाजित किया जा सकता है:
- शून्य आयामी (डॉट नैनोमैटेरियल्स) - उदाहरण के लिए, क्वांटम डॉट्स, सिल्वर नैनोपार्टिकल्स;
- एक आयामी – उदाहरण के लिए, धातु या सेमीकंडक्टर नैनोवायर, नैनोरोड्स, पॉलीमेरिक नैनोफाइबर;
- दो आयामी - उदाहरण के लिए, एकल-चरण या बहु-चरण प्रकार की नैनोमीटर परतें, एक परमाणु की मोटाई के साथ ग्राफीन और अन्य सामग्री;
- तीन आयामी (या नैनोक्रिस्टलाइन) - क्रिस्टलीय डोमेन और नैनोकणों के साथ प्रबलित नैनोमीटर या कंपोजिट के क्रम के आकार के साथ चरणों के संचय से मिलकर बनता है।
