Введение
Нанотехнологии обещают стать основой следующей промышленной революции. Какую роль они могут играть в электронных устройствах? Этот вопрос прямо или косвенно поднимался различными авторами и учреждениями с 2000 года, когда нанотехнологии оказались в центре внимания государственных исследовательских программ, в первую очередь в развитых странах, но также и в странах, находящихся в процессе развития. В этой статье мы рассмотрим позиции, занятые основными институтами, которые рассматривали этот вопрос в период 2000-2016 годов. Мы выделяем две основные позиции. Один из них придает большое значение техническим преимуществам, которые могут предложить нанотехнологии для решения ключевых тем развития. Другая позиция, которую мы называем контекстуальной, анализирует нанотехнологии в рамках наноэлектроники в социальных, экономических и политических силах, в которых они возникают и развиваются.
1. Границы нанотехнологий
Где же границы нанотехнологий и наноматериалов? Существует несколько вариантов ответа на данный вопрос.
1.1 Первый вариант
Как утверждают производители микросхем, они уже давно работают в среде нанотехнологий, поскольку имеют с малоразмерной литографией и т.п. Для них нанотехнологии это обычное изменение размеров в сторону уменьшения до наноразмеров. И поэтому ничего нового в нанотехнологиях они не видят.
1.2 Второй вариант
Второй ответ на поставленный вопрос связывают с длиной волны Дебройля, как порогом перехода к нанообласти. Например, если размеры частиц становятся сравнимыми с длиной волны фонона, в ней появляется возможность возникать новые режимы передачи тепла и электричества. И это другая крайность — волна Дебройля близка к размерности 0,1 нм.
1.3 Третий вариант
Переход в нанообласть связан с качественным изменением свойств материалов. Например, углеродные нанотрубки (графены) резко отличаются от обычных представлений о физико-механических свойствах
электротехнических материалов — переход в нанообласть резко меняет качественные характеристики материалов (см. табл. 1).
Свойство
|
Графен
|
Обычные материалы
|
Модуль упругости, ГПа
|
1000 ГПа
|
Сталь — 200 ГПа
|
Максимальная плотность тока, А/см2
|
1010
|
Медь — 106
|
Плотность, г/см3
|
1,33…1,40
|
Алюминий — 2,7
|
Теплопроводность, Вт/м·К
|
до 3300
|
Медь — 400
|
Таблица 1 - Сравнение необычных свойств углеродных нанотрубок с обычными материалами
Можно полагать, что для понятия нанотехнология еще не существует исчерпывающего определения, но по аналогии с существующими ныне микротехнологиями следует иметь ввиду, что нанотехнологии — это технологии, оперирующие величинами порядка нанометра. Это ничтожно малая величина, в сотни раз меньшая длины волны видимого света и сопоставимая с размерами атомов. Поэтому переход от «микро» к «нано» — это уже не количественный, а качественный переход — скачок от манипуляции веществом к манипуляции отдельными атомами.
2. Эффекты нанотехнологий
Новые эффекты нанотехнологий связаны не только с уменьшением размеров компонентов систем. Благодаря более малым размерам ученые надеются выйти на новый качественный уровень полупроводниковой электроники и создать совершенно новые поколения процессоров.
На мономолекулярном уровне нанотехнологии позволяют получать качественно новые результаты. Например, разбивка сплошного материала на наночастицы увеличивает общую площадь поверхности в миллионы раз. Большая площадь поверхности означает увеличенную реактивную способность. Наноматериалы плавятся, воспламеняются и абсорбируют гораздо легче, чем их сплошные массивные аналоги. Например, массивный брусок золота является химически инертным, а золотое нанокольцо действует как катализатор. Ученые Ростокского Университета (Германия) полагают, что бессвинцовые припои могут плавиться при меньших температурах за счет введения в них определенных наночастиц.
Некоторые наноматериалы с уменьшением размеров (менее длины волны видимого света) становятся прозрачными. Благодаря этому эффекту ученые научились передавать свет через такие непрозрачные материалы, как, например, кремний.
Другие материалы становятся чрезвычайно прочными. Например, углеродные нанотрубки обладают очень высокой прочностью и гибкостью, поскольку их атомарная структура — это структура алмаза.
|
Скачать 316.55 Kb.