นาโนเทคโนโลยี

นาโนเทคโนโลยีก้าวหน้าไปอย่างไรในช่วงหลายปีที่ผ่านมา?

นาโนเทคโนโลยีก้าวหน้าไปอย่างไรในช่วงหลายปีที่ผ่านมา?

นาโนเทคโนโลยีอยู่ในความล้ำสมัยของความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีสมัยใหม่ ถือเป็นเทคโนโลยีที่เป็นนวัตกรรมใหม่ที่จะช่วยให้คอมพิวเตอร์และทรานซิสเตอร์สามารถปฏิบัติตามกฎของมัวร์ที่น่าอับอายได้ นอกจากนี้ยังจะปฏิวัติการแพทย์สมัยใหม่และการรักษา

นาโนเทคโนโลยีสมัยใหม่ค่อนข้างมีความสามารถในการปรับเปลี่ยนอะตอมและโครงสร้างขนาดของนาโนเมตรอย่างระมัดระวังค่อนข้างแตกต่างจากประเภทของนาโนเทคโนโลยีในอดีต อย่างไรก็ตามนาโนเทคโนโลยีในฐานะนวัตกรรมของมนุษย์มีมาตั้งแต่ประมาณศตวรรษที่ 4 คริสตศักราช

เพื่อให้เข้าใจนาโนเทคโนโลยีสมัยใหม่และสิ่งที่ขัดขวางความสามารถของเราในการแก้ไขอะตอมและโมเลกุลลองย้อนกลับไปดูความก้าวหน้าและการพัฒนาทั้งหมดที่เกิดขึ้นในอุตสาหกรรมนี้ตลอดประวัติศาสตร์

จุดเริ่มต้นของนาโนเทคโนโลยี

ตัวอย่างแรก ๆ ของนาโนเทคโนโลยีที่มนุษย์ใช้อยู่ในรูปแบบของวัสดุนวัตกรรมที่สร้างขึ้นเพื่อวัตถุประสงค์เฉพาะ ตัวอย่างแรกสุดที่เรามีของอนุภาคนาโนที่ใช้ในการสร้างวัสดุของวัตถุนั้นมาจาก Lycurgus Cup ซึ่งย้อนกลับไปในศตวรรษที่ 4 ทองและเงินคอลลอยด์ได้ถูกหลอมรวมอยู่ในแก้วของถ้วยซึ่งช่วยให้มีสีเขียวขุ่นและสีแดงขึ้นอยู่กับแหล่งที่มาของแสงที่ตกกระทบมาจาก

ทองคำและเงินคอลลอยด์เป็นอนุภาคนาโนที่ยังคงใช้อยู่ในปัจจุบันเนื่องจากมีคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์มากมาย กล่าวได้ว่าการใช้อนุภาคนาโนในการออกแบบวัสดุแก้วในช่วงแรกนี้ยังคงดำเนินต่อไปโดยไม่มีนวัตกรรมมากนักในอีกหลายร้อยปี

โดยส่วนใหญ่แล้วนวัตกรรมส่วนใหญ่ที่อยู่รอบ ๆ อนุภาคนาโนนั้นช้าเนื่องจากมนุษย์ไม่มีวิธีง่ายๆในการตรวจสอบอนุภาคเหล่านี้หรือแม้แต่เข้าใจว่ามีอยู่ในระดับที่สูงกว่า

ที่เกี่ยวข้อง: นาโนเทคโนโลยีเป็นอันตรายต่อสุขภาพของคุณหรือไม่?

ระหว่างการใช้นาโนเทคโนโลยีครั้งแรกและจนถึงศตวรรษที่ 17 อนุภาคนาโนถูกนำมาใช้ในการเคลือบเซรามิกโดยส่วนใหญ่อยู่ในรูปของอนุภาคนาโนของเงินหรือทองแดง สารเติมแต่งเหล่านี้ทำให้เคลือบมีความแวววาวเหมือนโลหะซึ่งไม่สามารถสร้างขึ้นได้ด้วยการเคลือบอื่น ๆ ในเวลานั้น

ในระหว่างการพัฒนาที่ยาวนานนี้ช่างฝีมือยังได้รับความรู้เพิ่มเติมในการทำงานกับวัสดุที่มีอนุภาคนาโนเพื่อสร้างสีสันที่หลากหลายในหน้าต่างกระจกสี

ห่างจากความเปราะบางของแก้วและเซรามิกระหว่างศตวรรษที่ 13 ถึง 18 จึงมีการใช้อนุภาคนาโนในการพัฒนาใบมีดดามัสกัส ช่างฝีมือที่พับเหล็กหลายชั้นเข้าด้วยกันในกระบวนการผลิตใบมีดเหล่านี้ได้สร้างท่อนาโนคาร์บอนโดยไม่รู้ตัวซึ่งทำให้ใบมีดมีความแข็งแรงอย่างไม่น่าเชื่อในขณะที่เบาอย่างเหลือเชื่อ

การใช้งานนาโนเทคโนโลยีทั้งหมดนี้เกิดขึ้นจากฝีมือของช่างฝีมือผู้ชำนาญการสร้างวัสดุที่ดีที่สุดของโลกผ่านกระบวนการกลั่นกรอง จนกระทั่งในช่วงกลางทศวรรษที่ 1800 การพัฒนานาโนเทคโนโลยีได้เริ่มเร่งตัวขึ้นโดยส่วนใหญ่เป็นผลมาจากนวัตกรรมใหม่ ๆ

สิ่งที่นำนาโนเทคโนโลยีเข้าสู่ยุคสมัยใหม่

ในปีพ. ศ. 2407 นักวิทยาศาสตร์ชื่อไมเคิลฟาราเดย์ได้ค้นพบทองคำคอลลอยด์เป็นครั้งแรก ในขณะที่ทองคำคอลลอยด์ถูกนำมาใช้ในวัสดุหลายศตวรรษก่อนหน้านี้เป็นครั้งแรกที่มีการแยกและสังเกตว่าทำให้เกิดสีที่แตกต่างกันภายใต้สภาพแสงที่แตกต่างกัน

อีก 80 ปีก่อนที่ใครจะสามารถตรวจสอบอนุภาคนาโนเหล่านี้ได้โดยตรง

ในปีพ. ศ. 2479 Erwin Müllerได้ประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์แบบปล่อยสัญญาณที่ห้องปฏิบัติการวิจัยของซีเมนส์ กล้องจุลทรรศน์นี้เป็นเครื่องแรกที่อนุญาตให้ถ่ายภาพวัสดุในระดับใกล้อะตอม นี่เป็นขั้นตอนสำคัญในการตรวจสอบอนุภาคนาโนในระดับที่มีอยู่

ภายในปี 1950 นักวิจัยสองคนได้พัฒนาทฤษฎีที่แข็งแกร่งเบื้องหลังวิธีการปลูกวัสดุคอลลอยด์ในห้องปฏิบัติการ นี่เป็นขั้นตอนแรกในการสร้างวัสดุนาโนในลักษณะที่มีการควบคุมและกำหนด ในที่สุดสิ่งนี้นำไปสู่การใช้วัสดุคอลลอยด์ในสีฟิล์มและกระดาษ

อย่างไรก็ตามในปีหน้าในปีพ. ศ. 2494 มีการค้นพบกล้องจุลทรรศน์ครั้งต่อไปที่มีอิทธิพลต่อการวิจัยนาโนเทคโนโลยี เออร์วินมึลเลอร์ได้ประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์ขึ้นอีกครั้งคราวนี้เป็นกล้องจุลทรรศน์ไอออนสนาม สิ่งนี้ได้รับอนุญาตสำหรับการถ่ายภาพวิธีการจัดเรียงอะตอมโดยใช้ภาพอะตอมทังสเตนก่อน

ไม่นานหลังจากการพัฒนากล้องจุลทรรศน์อะตอมเหล่านี้วิศวกรได้ค้นพบวิธีจัดการกับโครงสร้างโมเลกุล Arthur von Hippel เป็นนักวิจัยที่ MIT ซึ่งเป็นผู้บัญญัติศัพท์วิศวกรรมโมเลกุล เขาทำงานในไดอิเล็กทริกและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กอื่น ๆ โดยใช้วิศวกรรมระดับโมเลกุลในการพัฒนาทรานซิสเตอร์

ที่เกี่ยวข้อง: นาโนเทคโนโลยีเปลี่ยนวิธีการที่เราสร้างและออกแบบคอมพิวเตอร์อย่างไร

การประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์โมเลกุลเหล่านี้ถือเป็นการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ที่สุดในการพัฒนานาโนเทคโนโลยี ในปีพ. ศ. 2501 วงจรรวมได้รับการคิดค้นโดยใช้นาโนเทคโนโลยี ในปีพ. ศ. 2502 ริชาร์ดไฟน์แมนเป็นผู้ให้บริการเล็คเตอร์ตัวแรกเกี่ยวกับเทคโนโลยีที่ดำเนินการในระดับอะตอมซึ่งถือเป็นจุดเริ่มต้นของการพัฒนานาโนเทคโนโลยีในอดีต

กล้องจุลทรรศน์สองตัวแรกที่Müllerพัฒนาขึ้นเป็นกุญแจสำคัญในการเริ่มต้นงานนาโนเทคโนโลยีชิ้นแรก แต่ในปี 1981 Gerd Binnig และ Heinrich Rohrer ได้พัฒนากล้องจุลทรรศน์อุโมงค์แบบสแกนและเปลี่ยนสนามไปตลอดกาล

กล้องจุลทรรศน์นี้เป็นเครื่องแรกที่อนุญาตให้นักวิทยาศาสตร์มองเห็นภาพของอะตอมซึ่งทำให้นักวิทยาศาสตร์สองคนได้รับรางวัลโนเบลในปี 1986

ต่อมาในปี 1986 Gerd Bennig ซึ่งปัจจุบันทำงานร่วมกับ Calvin Quate และ Christoph Gerber ได้คิดค้นกล้องจุลทรรศน์แรงปรมาณูซึ่งสามารถวัดและจัดการวัสดุได้ถึงเศษเสี้ยวของขนาดนาโนเมตร นั่นหมายความว่าวิศวกรและนักวิทยาศาสตร์สามารถตรวจสอบกองกำลังที่มีอยู่ในอนุภาคนาโนได้แล้ว

การพัฒนาทั้งหมดนี้ในช่วงสุดท้าย 1,500 ปี นำไปสู่ประเด็นในปี 1989 ที่ Don Eigler และ Erhard Schweitzer จัดการ 35 ราย อะตอมเป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ พวกเขาทำให้อะตอมสะกดโลโก้ IBM ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของการใช้นาโนเทคโนโลยีประยุกต์หรือการจัดการอะตอมโดยเฉพาะเพื่อประโยชน์ของเรา

ส่วนที่เหลือของเรื่องราวคือประวัติศาสตร์ หลังจากการพัฒนากล้องจุลทรรศน์เหล่านี้ซึ่งช่วยให้วิศวกรสามารถเฝ้าดูและจัดการอนุภาคนาโนได้นาโนเทคโนโลยีก็ถูกนำเข้าสู่การเปิดเผยถึงสิ่งที่มนุษย์สามารถทำได้ภายในขอบเขตของการพัฒนาทางเทคโนโลยี

ปัจจุบันนาโนเทคโนโลยีกำลังทำงานอยู่ในหลายอุตสาหกรรมที่เรามีปฏิสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดทุกวันตั้งแต่คอมพิวเตอร์ไปจนถึงเครื่องสำอาง เราสามารถขอบคุณนักวิทยาศาสตร์ที่อยู่เบื้องหลังสิ่งประดิษฐ์ยุคแรก ๆ เหล่านี้สำหรับนวัตกรรมนาโนเทคโนโลยีทั้งหมดที่เกิดขึ้นและสิ่งที่จะเกิดขึ้น