Přístup shora dolů vs přístup zdola nahoru v nanotechnologii
Nanotechnologie navrhuje, vyvíjí nebo manipuluje v měřítku nanometrů (miliardtina metru). Velikost předmětu obchodování by měla být menší než sto nanometrů alespoň v jednom rozměru, aby bylo možné něco nazvat nanotechnologií. V nanotechnologii existují dva designové přístupy známé jako shora dolů a zdola nahoru. Oba přístupy jsou užitečné v různých typech aplikací.
Přístup shora dolů
Při přístupu shora dolů jsou objekty v nanoměřítku vytvářeny zpracováním větších objektů. Výroba integrovaných obvodů je příkladem nanotechnologie shora dolů. Nyní se rozrostla na úroveň výroby nano elektromechanických systémů (NEMS), kde jsou drobné mechanické součástky, jako jsou páky, pružiny a tekutinové kanály spolu s elektronickými obvody, zabudovány do malého čipu. Výchozí materiály v těchto výrobách jsou relativně velké struktury, jako jsou krystaly křemíku. Litografie je technologie, která umožnila výrobu tak malých čipů a existuje mnoho typů z nich, jako je fotolitografie, elektronový paprsek a iontový paprsek.
V některých aplikacích se materiály ve větším měřítku brousí na nanometrové měřítko, aby se zvýšil poměr povrchové plochy k objemu pro větší reaktivitu. Nano zlato, nano stříbro a nano oxid titaničitý jsou takové nano materiály používané v různých aplikacích. Proces výroby uhlíkových nanotrubiček využívající grafit v obloukové peci je dalším příkladem nanotechnologie s přístupem shora dolů.
Přístup zdola nahoru
Přístup zdola nahoru v nanotechnologii vytváří větší nanostruktury z menších stavebních bloků, jako jsou atomy a molekuly. Samomontáž, při které se požadované nano struktury sestaví samy bez jakékoli vnější manipulace. Když se velikost objektu v nanovýrobě zmenšuje, přístup zdola nahoru je stále důležitějším doplňkem technik shora dolů.
Nanotechnologie s přístupem zdola nahoru lze nalézt v přírodě, kde biologické systémy využívají chemické síly k vytvoření struktur pro buňky potřebné pro život. Vědci a inženýři provádějí výzkum s cílem napodobit tuto kvalitu přírody, aby vytvořili malé shluky specifických atomů, které se pak mohou samy sestavit do složitějších struktur. Výroba uhlíkových nanotrubic pomocí metody polymerace katalyzované kovem je dobrým příkladem nanotechnologie přístupu zdola nahoru.
Molekulární stroje a výroba je koncept nanotechnologie zdola nahoru, kterou zavedl Eric Drexler ve své knize Engines of Creation v roce 1987. Poskytuje první pohled na to, jak lze mechanické systémy v nanoměřítku použít k budování složitých molekulárních struktur..
Rozdíl mezi přístupem shora dolů a zdola nahoru v nanotechnologii
1. Výrobní proces začíná u větších struktur v přístupu shora dolů, kde jsou počáteční stavební bloky menší než konečný návrh v přístupu zdola nahoru
2. Výroba zdola nahoru může vytvářet struktury s dokonalými povrchy a hranami (ne vrásčité a neobsahuje dutiny atd.), ačkoli povrchy a hrany vzniklé výrobou shora dolů nejsou dokonalé, protože jsou zvrásněné nebo obsahují dutiny.
3. Výrobní technologie s přístupem zdola nahoru jsou novější než výroba shora dolů a očekává se, že pro ně budou v některých aplikacích alternativou (příklad: tranzistory).
4. Produkty s přístupem zdola nahoru mají vyšší přesnost (více kontroly nad rozměry materiálu), a proto mohou vyrábět menší struktury ve srovnání s přístupem shora dolů.
5. Při přístupu shora dolů dochází k určitému množství odpadu, protože některé části jsou odstraněny z původní struktury, na rozdíl od přístupu zdola nahoru, kde není odstraněna žádná část materiálu.
