Top-down versus bottom-up benadering in nanotechnologie
Nanotechnologie is ontwerpen, ontwikkelen of manipuleren op nanometerschaal (een miljardste van een meter). De grootte van het handelsobject moet minder dan honderd nanometer zijn in ten minste één dimensie om iets nanotechnologie te noemen. Er zijn twee ontwerpbenaderingen in nanotechnologie die bekend staan als top-down en bottom-up. Beide benaderingen zijn nuttig in verschillende soorten toepassingen.
Top-down benadering
In de top-downbenadering worden objecten op nanoschaal gemaakt door grotere objecten te verwerken. Fabricage van geïntegreerde schakelingen is een voorbeeld van top-down nanotechnologie. Nu is het uitgegroeid tot het niveau van het fabriceren van nano-elektromechanische systemen (NEMS) waar kleine mechanische componenten zoals hefbomen, veren en vloeistofkanalen samen met elektronische circuits zijn ingebed in een kleine chip. De uitgangsmaterialen in deze fabricages zijn relatief grote structuren zoals siliciumkristallen. Lithografie is de technologie die het mogelijk heeft gemaakt om zulke kleine chips te maken en er zijn vele soorten, zoals foto-, elektronenstraal- en ionenstraallithografie.
In sommige toepassingen worden materialen op grotere schaal gemalen tot op nanometerschaal om de aspectverhouding van oppervlakte tot volume te vergroten voor meer reactiviteit. Nanogoud, nanozilver en nanotitaniumdioxide zijn dergelijke nanomaterialen die in verschillende toepassingen worden gebruikt. Het productieproces van koolstofnanobuisjes met grafiet in een boogoven is een ander voorbeeld van nanotechnologie van bovenaf.
Benadering van onder naar boven
Bottom-up benadering in nanotechnologie is het maken van grotere nanostructuren van kleinere bouwstenen zoals atomen en moleculen. Zelfassemblage waarbij gewenste nanostructuren zelf worden geassembleerd zonder enige externe manipulatie. Wanneer de objectgrootte kleiner wordt bij nanofabricage, is een bottom-upbenadering een steeds belangrijker aanvulling op top-downtechnieken.
Bottom-up benadering nanotechnologie is te vinden in de natuur, waar biologische systemen chemische krachten hebben uitgebuit om structuren te creëren voor cellen die nodig zijn voor het leven. Wetenschappers en ingenieurs doen onderzoek om deze kwaliteit van de natuur te imiteren om kleine clusters van specifieke atomen te produceren, die zich vervolgens kunnen assembleren tot complexere structuren. De fabricage van koolstofnanobuisjes met behulp van een door metaal gekatalyseerde polymerisatiemethode is een goed voorbeeld van nanotechnologie van onderaf.
Moleculaire machines en productie is een concept van bottom-up nanotechnologie, geïntroduceerd door Eric Drexler in zijn boek Engines of Creation in 1987. Het heeft vroege inzichten gegeven over hoe mechanische systemen op nanoschaal kunnen worden gebruikt om complexe moleculaire structuren te bouwen.
Verschil tussen top-down en bottom-up benadering in nanotechnologie
1. Het fabricageproces begint bij grotere constructies in een top-downbenadering, waarbij de startbouwstenen kleiner zijn dan het uiteindelijke ontwerp in een bottom-upbenadering
2. Bottom-up fabricage kan structuren produceren met perfecte oppervlakken en randen (niet rimpelig en bevat geen holtes enz.), hoewel oppervlakken en randen die het resultaat zijn van top-down fabricage niet perfect zijn omdat ze rimpelig zijn of holtes bevatten.
3. Productietechnologieën met een bottom-upbenadering zijn nieuwer dan top-downproductie en zullen er naar verwachting in sommige toepassingen een alternatief voor zijn (bijvoorbeeld: transistors).
4. Producten met een bottom-up benadering hebben een hogere nauwkeurigheid (meer controle over de materiaalafmetingen) en kunnen daarom kleinere constructies vervaardigen in vergelijking met een top-down benadering.
5. Bij een top-down benadering is er een zekere hoeveelheid verspild materiaal, aangezien sommige delen van de oorspronkelijke structuur worden verwijderd, in tegenstelling tot een bottom-up benadering waarbij geen materieel deel wordt verwijderd.
