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나노 기술은 나노 기술이라고도 하며, 1 nm 에서 100 nm 사이의 구조 치수 재료의 성질과 응용을 연구하는 기술이다. 198 1 년 스캐닝 터널 현미경이 발명된 후 길이가 1 부터100nm 인 분자 세계가 탄생했다. 그것의 궁극적인 목표는 원자나 분자를 통해 특정 기능을 가진 제품을 직접 만드는 것입니까? [2]? 。 따라서 나노기술은 실제로 단일 원자와 분자로 물질을 만드는 기술이다.
현재 연구에서 나노 기술에 대한 세 가지 개념이 있습니다.
첫 번째는 1986 년 미국 과학자 드렉슬러 박사가 그의 저서' 창조기계' 에서 제기한 분자 나노 기술이다. 이 개념에 따르면 분자를 결합하는 기계를 실용화하여 각종 분자를 임의로 결합하여 어떤 분자 구조도 만들 수 있다. 이 개념의 나노 기술은 큰 진전을 이루지 못했다.
두 번째 개념은 나노 기술을 미세 가공 기술의 한계로 정의합니다. 나노 정밀도의' 가공' 을 통해 나노 구조를 수동으로 형성하는 기술이다. 이런 나노급 가공기술도 반도체의 소형화를 한계에 이르렀다. 기존 기술이 계속 발전해도 이론적으로 한계에 도달할 수 있습니다. 회로의 선폭이 점차 줄어들면 회로를 형성하는 절연막이 매우 얇아지고 절연 효과가 손상될 수 있기 때문입니다. 또한 발열, 떨림 등의 문제도 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연구원들은 새로운 나노 기술을 연구하고 있다.
세 번째 개념은 생물학적 관점에서 제기된 것이다. 원래 생물은 세포와 생체막 모두에 나노급 구조를 가지고 있었다. DNA 분자 컴퓨터와 세포 생물 컴퓨터의 발전은 이미 나노 기술의 중요한 내용이 되었다.
나노 기술을 사용하여 IBM 에 크세논 원자 배열
주요 내용
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나노기술은 교차성이 매우 강한 종합 학과로, 연구 내용은 현대 과학기술의 광활한 영역을 포함한다. 나노 기술은 주로 다음을 포함합니다:
나노 시스템 물리학, 나노 화학, 나노 물질, 나노 생물학, 나노 전자학, 나노 가공, 나노 역학 등. 이 7 개의 상대적으로 독립적이고 상호 침투한 학과와 세 가지 연구 분야, 즉 나노재료, 나노부품, 나노스케일의 검출과 표상. 나노 물질의 제비와 연구는 전체 나노 기술의 기초이다. 그 중에서도 나노 물리학과 나노 화학은 나노 기술의 이론적 기초이며, 나노 전자학은 나노 기술의 가장 중요한 내용이다.
나노섬유
65438-0993 년 제 1 회 국제나노기술대회 (INTC) 가 미국에서 열리면서 나노기술을 나노물리학, 나노생물학, 나노화학, 나노전자학, 나노가공기술, 나노계량학의 6 개 분기로 나누어 나노기술의 발전을 촉진시켰다. 이 기술의 특수성, 마법성, 보편성으로 인해 세계 각지의 많은 우수한 과학자들이 열심히 연구하게 되었다. 나노기술은 일반적으로 나노급 (0. 1- 100nm) 의 재료, 설계, 제조, 측정, 제어 및 제품 기술을 가리킨다. [3]? 。 나노기술은 주로 나노급 측정 기술: 나노급 표면 물리적 역학 성능 검사 기술: 나노급 가공 기술, 나노 입자의 제조 기술; 나노 물질 나노 생명 공학 나노 조립 기술 등.
나노 기술은 다음 네 가지 주요 측면으로 구성됩니다.
1. 나노 물질: 한 물질이 나노 척도에 도달하면 약 0.1-100nm 이면 물질의 성질이 갑자기 변하여 특별한 성질이 나타난다. 원래의 원자, 분자, 거시물질과 다른 특수한 성질을 가진 이 재료를 나노 재료라고 한다.
나노 스케일 소재일 뿐 특별한 성질이 없다면 나노 소재라고 부를 수 없다.
과거에는 원자, 분자, 우주 공간에만 관심을 기울였으며, 실제로는 자연계에 대량으로 존재하는 이 중간 필드를 간과하는 경우가 많았지만, 이전에는 이 규모의 범위를 의식하지 못했다. (윌리엄 셰익스피어, 원자, 분자, 우주공간, 우주공간, 우주공간, 우주공간) 일본 과학자들은 그 특성을 진정으로 인식하고 나노 개념을 인용한 최초의 사람이다. 그들은 1970 년대에 증발을 통해 초미이온을 준비했는데, 전도성이 전도된 구리 은도체가 나노 잣대로 만들어졌다는 것을 알게 되자 원래의 성질을 잃고 전도도 열전도도 하지 않았다. 자성 재료도 마찬가지다. 예를 들면 철코발트 합금이다. 20-30nm 정도의 크기로 만들면 자구는 단일 자구가 되고 자기는 원래보다 1000 배 더 높습니다. 1980 년대 중반, 사람들은 공식적으로 이런 재료를 나노재료라고 명명했다.
자구가 단일 자구가 되고 자성이 원래보다 1000 배 높은 이유는 무엇입니까? 이는 단일 원자의 자기 도메인 내 배열이 규칙적이지는 않지만, 단일 원자 가운데에는 원자핵이 있고, 바깥쪽에는 전자가 둘러싸여 있기 때문이다. 이것이 바로 자성이 형성되는 원인이다. (존 F. 케네디, 원자, 원자, 원자, 원자, 원자, 원자) 그러나 단일 자구가 된 후, 단일 원자는 규칙적으로 배열되어 외부에 강한 자성을 나타냈다.
이 특성은 마이크로 모터 제조에 주로 사용됩니다. 기술이 일정 시간으로 발전하여 자기부양을 만드는 데 사용하면 더 빠르고 안정적이며 에너지 효율이 높은 고속 열차를 만들 수 있습니다.
2. 나노역학: 주로 마이크로기계와 마이크로모터 또는 마이크로기계시스템 (MEMS) 으로 기계, 광섬유 통신 시스템, 특수 전자장비, 의료 및 진단기기 등의 마이크로센서와 실행기를 전달하는 데 사용됩니다. 그것은 통합 전기 설계 및 제조와 유사한 신기술을 채택했다. 특징은 부품이 매우 작고, 각식 깊이는 종종 수십 ~ 수백 미크론이 필요하며, 폭 오차는 매우 작다는 것이다. 이 공정은 3 상 모터, 초고속 원심분리기 또는 팽이를 만드는 데도 사용할 수 있다. 연구에서, 준원자 잣대의 미세한 변형과 미세한 마찰을 그에 따라 검사해야 한다. 아직 나노 잣대에 진입하지는 못했지만 엄청난 잠재적 과학과 경제적 가치를 지니고 있다.
이론적으로, 마이크로모터와 검사 기술은 나노미터 수준에 도달할 수 있다.
3. 나노생물학과 나노약리학: 예를 들어 나노입자 크기의 콜로이드 금으로 DNA 입자를 운모 표면에 고정시키고, 실리카 표면의 포크지전극으로 생물분자간 상호 작용을 하는 실험, 전도성 인지질과 지방산의 이중층 평면 생체막, DNA 의 섬세한 구조. 나노 기술을 사용하면 자체 조립을 통해 부품 또는 어셈블리를 세포에 넣어 새로운 재료를 만들 수도 있습니다. 약 절반의 신약, 심지어 미크론 알갱이의 미세한 가루도 물에 녹지 않는다. 그러나 입자가 나노급 (즉, 초극세 입자) 이면 물에 용해될 수 있다.
나노 생물이 특정 기술로 발전하면 나노 물질로 인식력이 있는 나노 생물 세포를 만들어 암세포의 생의학 흡수를 인체에 주사하여 암세포를 정향적으로 죽이는 데 사용할 수 있다. (이것은 오래된 모금 방식이다)
4. 나노 전자학: 양자 효과에 기반한 나노 전자 장치, 나노 구조의 광/전기적 특성, 나노 전자 재료의 표상, 원자 조작 및 조립이 포함됩니다. 오늘날의 전자 기술 동향은 장비와 시스템이 더 작고, 더 빠르고, 더 차갑고, 더 작다는 것을 요구하며, 이는 더 빠른 응답을 의미합니다. 더 차갑다는 것은 개별 장치의 전력 소비량이 적다는 것을 의미합니다. 그러나 더 작은 것은 무한하지 않다. 나노 기술은 건설가의 마지막 국경이며, 그것의 영향은 어마할 것이다.
역사의 발전
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나노 기술의 영감은 고 물리학자 리처드 파인만 1959 의' 바닥에는 아직 많은 공간이 있다' 라는 제목의 강연에서 나왔다. California 공대에서 가르치는 교수는 그의 동료에게 새로운 아이디어를 제시했다. 석기 시대 이래, 맷돌 화살에서 리소그래피 칩에 이르기까지 인류의 모든 기술은 한 번에 수억 개의 원자를 자르거나 융합하여 물질을 유용한 형태로 만드는 것과 관련이 있다. 파인만은 왜 단일 분자나 원자에서 다른 각도로 조립하여 우리의 요구를 충족시킬 수 없는지 물었다. 그는 "적어도 내 의견으로는, 물리학의 법칙은 원자와 원자를 하나씩 만들 가능성을 배제하지 않는다" 고 말했다.
1970 년대에 과학자들은 나노 기술에 대한 생각을 다른 각도에서 제기하기 시작했다. 1974 년 과학자 노리오 구구는 처음으로 나노 기술이라는 단어를 사용하여 정밀 가공을 묘사했다.
198 1 년, 과학자들은 나노를 연구하는 중요한 도구인 스캐닝 터널링 현미경을 발명해 보이는 원자와 분자 세계를 밝혀내고 나노 기술의 발전에 긍정적인 역할을 했다.
1990,
리처드 파인만
IBM Almaden Research Center 의 과학자들은 단일 원자를 성공적으로 재정렬했으며 나노 기술은 중요한 돌파구를 만들었습니다. 그들은 스캐닝 프로브라는 장치를 사용하여 35 개의 원자를 각자의 위치로 천천히 이동하여 IBM 의 세 글자를 형성했다. 이것은 파인만이 옳았다는 것을 증명한다. 두 글자를 합치면 3 나노미터 길이도 안 된다. 얼마 지나지 않아 과학자들은 단일 원자를 조작할 수 있을 뿐만 아니라 "원자 스프레이" 도 할 수 있게 되었습니다. 분자 빔 외연을 이용하여 과학자들은 매우 얇은 특수 결정체 박막을 한 번에 한 겹의 분자만 만드는 법을 배웠다. 이 기술은 현대 제조 컴퓨터 하드 디스크 읽기 및 쓰기 헤드에 사용됩니다. 저명한 물리학자이자 노벨상 수상자인 리처드 파인만은 인간이 작은 기계로 더 작은 기계를 만들 수 있다고 예언했고, 결국 그들은 인간의 뜻에 따라 원자를 하나씩 배열하여 제품을 만들 것이라고 예언했다. 이것은 나노 기술에 대한 최초의 꿈입니까? [4]? 。
1990 년 7 월, 미국 볼티모어에서 열린 제 1 회 국제 나노 기술 대회는 나노 기술의 공식 탄생을 상징한다.
199 1 년, 탄소 나노튜브가 인간에 의해 발견되었습니다. 그것들의 질량은 같은 부피강의 6 분의 1 이지만 강도는 강철의 10 배로 나노 기술 연구의 초점이 되었다. 노벨 화학상 수상자인 스몰리 교수는 탄소 나노튜브가 미래 최고의 섬유가 될 것으로 예상하며 초미전선, 초미스위치, 나노 전자 회로에도 광범위하게 적용될 것으로 보고 있다.
1993 년, 1989 년 스탠포드 대학 모바일 원자단' 쓰기' 스탠포드 대학의 영어, 1990 년 IBM 은 35 개의 크세논 원자로' IBM' 을 니켈에서 쫓아냈다
1997 년 미국 과학자들이 처음으로 단일 전자 이동 단일 전자를 성공적으로 이용했다. 20 17 년 후 속도와 저장 능력이 수천 배 향상된 양자 컴퓨터를 성공적으로 개발할 것으로 예상됩니다.
1999 년 브라질과 미국 과학자들은 탄소 나노튜브를 실험할 때 세계에서 가장 작은 저울을 발명했는데, 그 무게는 한 물체의 10 억분의 1 그램에 달할 수 있으며, 한 바이러스의 무게에 해당한다. 그 후 얼마 지나지 않아 독일 과학자들은 단일 원자를 측정할 수 있는 저울을 개발하여 미국과 브라질 과학자들이 공동으로 만든 기록을 깨뜨렸다.
1999 까지 나노 기술은 점차 시장에 진출했고, 나노 제품을 기반으로 한 연간 매출은 이미 500 억 달러에 달했다.
200 1, 일부 국가에서는 나노 기술 전략 고지를 선점하기 위해 막대한 투자를 하는 전략이나 계획을 세웠습니까? [5]? 。 일본은 나노 물질 연구 센터를 설립하여 나노 기술을 새로운 5 년 과학 기술 기본 계획의 연구 개발 중점에 포함시켰다. 독일은 나노 기술 연구 네트워크를 구축했습니다. 미국은 나노계획을 다음 산업혁명의 핵심으로 보고 있다. 미국 정부 부처의 나노 기술 기초 연구에 대한 투자는 1997 년 65438+ 1 16 만 달러에서 2006 년 4 억 9700 만 달러로 증가했다. 중국도 나노기술을 중국의' 973 계획' 으로 꼽아 대대적인 발전을 거듭하며 관련 산업에 대한 대대적인 지지를 제공하고 있다.
응용 분야
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인텔 CPU
현재 나노기술의 연구와 응용은 주로 재료와 제비, 마이크로전자와 컴퓨터 기술, 의약과 건강, 우주와 항공, 환경과 에너지, 생명공학, 농산물 등에 있다. 나노 소재로 만든 설비는 무게가 가볍고 경도가 강하며 수명이 길며 유지 관리 비용이 저렴하고 디자인이 더 편리하다. 나노 물질은 또한 특정 성질의 재료나 자연계에 존재하지 않는 재료를 제조하고, 생물소재와 생체모방 재료를 만드는 데도 사용될 수 있습니까? (윌리엄 셰익스피어, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언 [6]? 。
1, 나노미터는 기하학적 치수의 측정 단위이고 1 나노 = 백만 분의 1 밀리미터입니다.
나노 기술은 기술 혁명을 촉진했습니다.
3. 나노기술로 만든 약은 모세혈관을 막고 암세포를' 굶어 죽을' 수 있다.
4. 위성에 나노 집적장치를 사용하면 위성이 더 작고 발사하기 쉽다.
5. 나노기술은 다과학의 종합이며, 어떤 목표는 실현하는 데 오랜 시간이 걸린다.
6. 나노기술, 정보과학기술, 생명과학기술은 현재 과학발전의 주류이며, 이들의 발전은 인류사회, 생존환경, 과학기술 자체를 더 좋게 만들 것이다.
7. 나노기술은 환자의 체내 암세포의 병리 변화와 상황을 관찰하여 의사가 증상에 약을 투여할 수 있도록 한다.
측정 기술
나노급 측정 기술에는 나노급 치수와 변위의 정밀한 측정, 나노급 표면 형태 측정이 포함됩니다. 나노급 측정 기술은 주로 두 가지 발전 방향이 있다.
하나는 빛의 간섭 줄무늬를 이용하여 측정 해상도를 높이는 광학 간섭 측정법이다. 측정 방법에는 이중 대역 레이저 간섭 방법, 광 헤테로 간섭 방법, X 선 간섭 방법, F-P 표준 도구 측정 방법 등이 있습니다. 길이와 변위의 정확한 측정이나 표면 미시 형태 측정에 사용할 수 있습니다.
두 번째는 스캐닝 프로브 마이크로측정 기술 (STM) 으로, 기본 원리는 양자역학에 기반한 터널링 효과입니다. 원리는 매우 날카로운 프로브 (또는 이와 유사한 방법) (프로브는 실제로 측정된 표면과 접촉하지 않음) 를 사용하여 측정된 표면을 스캔하고 나노급 3D 변위 위치 제어 시스템을 사용하여 표면의 3D 마이크로입체형을 측정하는 것입니다. 표면의 미시적 형태와 크기를 측정하는 데 주로 사용됩니다.
이 원리를 이용한 측정 방법에는 스캔 터널 현미경 (STM) 과 원자력 현미경 (AFM) 이 포함됩니다.
가공공예학
나노급 가공은 나노급 정밀도를 가진 가공 기술을 말한다.
원자 사이의 거리는 0. 1-0.3nm 이기 때문에 나노 가공의 본질은 원자 사이의 성키를 차단하여 원자나 분자의 제거를 실현하는 것이고, 원자 사이의 성키를 차단하는 데 필요한 에너지는 물질 원자 사이의 성건에너지를 초과해야 한다. 즉, 재배된 에너지 밀도가 매우 높다는 것이다. 전통적인 절단과 연마 방법으로 나노급을 가공하는 것은 상당히 어렵다.
2008 년까지 나노 가공은 이미 큰 돌파구를 이루었다. 예를 들어, VLSI 를 전자빔 리소그래피 (UGA 기술) 로 가공할 때 0. 1μm 선폭 가공을 할 수 있습니다. 이온 에칭은 미크론 및 나노 크기의 표면 재료를 제거 할 수 있습니다. 터널 현미경을 스캔하면 개별 원자를 제거, 왜곡, 추가 및 재구성할 수 있습니다.
입자제비
나노 입자의 제비 방법은 매우 다양하여 물리적 방법과 화학적 방법으로 나눌 수 있다.
나노 기술로 만든 의류
나노 기술의 응용-컴퓨터 디스크
진공 냉급법: 진공 증발, 가열, 고주파 감지를 통해 원료를 기화하거나 형성하는 등 알갱이를 만든 다음 불을 피운다. 순도가 높고, 결정체 구조가 좋고, 정도는 조절할 수 있지만, 기술 장비에 대한 요구가 높은 것이 특징이다.
물리적 분쇄법: 기계적 분쇄, 스파크 폭발 등을 통해 나노 입자를 얻습니다. 조작은 간단하고 비용은 낮지만 결정체 제품은 순도가 낮아 결정립을 따라 고르지 않게 분포되어 있는 것이 특징이다.
기계적 볼 밀링법: 볼 밀링법을 사용하여 적절한 조건을 제어하고 순수 원소, 합금 또는 복합 재료의 나노 입자를 얻습니다. 조작은 간단하고 비용은 낮지만 제품 순도는 낮고 입자 분포는 균일하지 않다는 것이 특징이다.
기상침착법: 금속화합물 증기의 화학반응을 통해 나노재료를 합성한다. 제품 순도가 높고 입도 분포가 좁은 것이 특징이다.
침전: 소금 용액에 침전제 반응을 첨가한 후 침전을 열처리하여 나노 물질을 얻는다. 그 특징은 간단하지만 순도가 낮고 입자 크기가 커서 제비 운반체에 적합하다.
나노 기술로 만든 의류
수열 합성법: 고온고압의 수용액이나 증기에서 합성한 다음 분리하여 열처리하여 나노 입자를 얻는다. 순도가 높고 분산성이 좋아 입자 크기를 쉽게 조절할 수 있는 것이 특징이다.
졸-겔법: 금속화합물은 용액, 솔, 젤을 통해 경화된 후 저온열처리를 거쳐 나노 입자를 생성한다. 그 특징은 반응종이 많고, 산물 입자가 균일하며, 과정이 쉽게 제어되며, 산화물과 1 1-VI 화합물의 제조에 적용된다는 것이다.
Hui 로션법: 2: 불용 용제는 표면활성제의 작용으로 로션을 형성하고, Hui 거품에서 핵 형성, 재결합, 응축, 열처리 후 나노 입자를 얻는다. 특징 입자는 단일 분산성과 인터페이스가 우수하며 1 1-VI 반도체 나노 입자는 대부분 이 방법으로 준비됩니다.
수열 합성-수용액이나 증기 등 유체에서 고온 고압에서 합성한 다음 분리와 열처리를 거쳐 나노 입자를 얻는다. 순도가 높고 분산성이 좋아 입자 크기를 쉽게 조절할 수 있는 것이 특징이다.
재료 합성
199 1 년 Gleiter 등이 나노 물질을 최초로 준비한 이후 10 년의 발전을 거쳐 나노 소재는 큰 발전을 이루었다. 현재 나노 소재는 금속 재료, 나노 세라믹 재료, 나노 반도체 재료, 나노 복합 재료, 나노 고분자 재료 등으로 나뉜다. 나노 소재는 초미립자 소재로' 2 1 세기의 신소재' 라고 불리며 많은 특수한 성질을 가지고 있다.
예를 들어, 나노 크기의 금속 분말을 소결시켜 만든 재료는 강도와 경도가 원래 금속보다 훨씬 높았으며, 나노 크기의 금속은 실제로 도체에서 절연체로 바뀌었다. 일반 도자기는 연약하고 깨지기 쉽다. 나노 분말이 소결된 도자기는 강도가 높을 뿐만 아니라 인성도 좋다. 나노 재질의 융점은 초극세 분말 직경이 감소함에 따라 감소한다. 예를 들어 금의 융점은1064 C 이지만 10nm 의 금가루융점은 940 C 로 떨어지고 snm 의 금가루는 830 C 로 줄어들어 소결 온도를 크게 낮출 수 있다. 나노 세라믹의 소결 온도는 원래 세라믹보다 훨씬 낮습니다. 나노 촉매제는 휘발유에 첨가된다. 내연 기관의 효율을 높일 수 있다.
고체 연료를 넣으면 로켓을 가속화할 수 있다. 그 약은 나노 분말로 만들어졌다. 혈관에 주사하여 미혈관에 순조롭게 들어갈 수 있다.
질병 진단
현재 일반적인 영상 기술은 조직 내 암으로 인한 가시적 변화만 감지할 수 있으며, 현재 이미 수천 개의 암세포가 생성되어 전이될 가능성이 있다. 그리고 종양을 볼 수 있다 해도 종양 자체의 범주 (악성 또는 양성) 와 특징 때문에 생체검사를 통해 효과적인 치료법을 결정해야 한다. 암세포나 전암세포를 어떤 식으로든 표기하면 기존 장비로 검출해 암 진단에 더 도움이 된다.
이를 위해 두 가지 필수 조건이 있다. 한 가지 기술은 암세포를 특이하게 인식하고 식별된 암세포를 보이게 하는 기술이다. 나노 기술은 이 두 가지를 만족시킬 수 있다. 예를 들어, 금속 산화물의 표면에는 항체 코팅이 되어 있는데, 이 항체 () 는 암세포의 표면에 표현된 수용체를 특이하게 식별할 수 있다.
금속 산화물은 MRI (MRI) 또는 컴퓨터 단층 스캔 (CT) 에서 고대비 신호를 방출하기 때문에 일단 체내에 들어오면 이 금속 산화물 나노 입자의 항체 표면이 암세포와 선별적으로 결합되어 검출기가 암세포를 효과적으로 식별할 수 있게 한다. 마찬가지로, 김나노 입자도 내시경 기술의 광산을 강화하는 데 사용될 수 있다. 나노기술은 암 유형과 다른 발전 단계를 식별하는 분자 표시를 시각화할 수 있어 의사들이 기존 이미징 기술로 감지할 수 없는 세포와 분자를 볼 수 있다.
암과의 싸움에서 승리의 절반은 조기 발견으로 인한 것이다. 나노기술은 암의 진단을 더 일찍, 더 정확하게 하고 치료 모니터링에 사용할 수 있게 한다. 나노 기술은 또한 조직과 체액에서 바이오 표지물의 선별을 강화하거나 완전히 혁신할 수 있다. 각종 분자의 표현과 분포의 차이로 암과 암 사이, 암세포와 정상 세포 사이에 차이가 있다. 치료 기술이 발달하면서 치료 방안을 확정할 때 다양한 암 바이오마커를 동시에 검사해야 한다.
나노 입자 (예: 퀀텀닷) 는 자체 크기에 따라 다양한 색상의 빛을 방출하여 여러 표지물을 동시에 감지할 수 있습니다. 항체 코팅 된 퀀텀닷 발신 광 신호는 특정 유형의 암을 스크리닝하는 데 사용할 수 있습니다. 다른 색깔의 퀀텀닷 는 각종 암 생물 표지물 항체 과 결합 할 수 있어 종양학자 가 본 스펙트럼 을 통해 암세포 와 건강 세포 를 구분할 수 있다.
포장 기술
에칭 기술이 나노 스케일에서 한계에 도달했기 때문에 조립 기술은 나노 기술의 중요한 수단이 되어 큰 관심을 받고 있다.
나노 조립 기술은 기계, 물리, 화학 또는 생물학적 방법을 통해 원자, 분자 또는 분자를 집합적으로 조립하여 기능 구조 단위를 형성하는 것이다. 조립 기술에는 분자 질서 조립 기술, 스캐닝 프로브 원자, 분자 재배치 기술 및 생물 조립 기술이 포함됩니다. 질서 정연한 분자 조립은 분자 간의 물리적 또는 화학적 상호 작용을 통해 질서 정연한 2 차원 또는 3 차원 분자 체계를 형성하는 것이다. 현재 분자 질서 조립 기술 및 응용 연구의 최신 발전은 주로 LB 막의 연구와 관련 특성의 발견이다. 생물학적 거대 분자의 식별과 조립. 단백질과 핵산 등 생체 활성 대분자의 조립에는 상밀도 취향이 필요한데, 이는 고성능 바이오센서 준비, 바이오분자 개발, 바이오매스 간 상호 작용 연구에 매우 중요하다. LgG 생물 대분자를 조립하는 과정에서 처음으로 항체 활성 조각의 인식 기능을 이용하여 활성 생물 대분자를 조립하였다. 이 중요한 진전은 생체 분자의 방향성 조립 방면에서 새로운 돌파구를 얻었다.
위에서 언급한 몇 가지 조립 외에도 긴 사슬 중합체 분자의 질서 있는 조립, 교련 자체 조립 기술 및 질서 있는 분자막의 응용 연구도 진전을 이루었다. 나노 가공 기술은 또한 원자 수준의 재료 가공에 사용되어 가공 기술이 더욱 세밀한 깊이로 들어가도록 할 수 있다. 나노 구조 자체 조립 기술의 발전은 나노 기계, 나노 기계 시스템, 나노 생물학 방면에서 돌파구를 마련할 것이다.
중국은 나노 기술 분야의 과학적 발견과 산업화 연구 방면에서 어느 정도 우세를 가지고 있다. 미국, 일, 독일 등 현대국가는 국제 제 1 계단 선두에 있다. 근대 중국은 이미 일정량의 나노재료 생산기지를 세웠지만 나노기술의 개발과 응용도 우후죽순처럼 생겨나 초보적인 산업화를 이루었다. 나노 규모의 대규모 저비용 산업화 생산을 달성하기 위해서는 아직 해야 할 일이 많으며, 대량의 자금과 첨단 기술 투입에 의존해야만 높은 이윤 수익을 얻을 수 있다.
생명공학
나노 생물학은 나노 잣대에서 세포 내 각종 세포기의 구조와 기능을 연구하는 것이다. 세포 내, 세포와 전체 유기체 사이의 물질, 에너지, 정보의 교환을 연구하다. 나노 생물학 연구는 주로 다음과 같은 측면에 초점을 맞추고 있다.
DNA 연구는 형태 관찰, 특성 연구, 유전자 개조의 세 가지 방면에서 큰 진전을 이루었다.
뇌 기능 연구
일의 목표는 인간의 기억, 사고, 언어, 학습의 고급 신경 기능과 인간의 뇌의 정보 처리 기능을 찾는 것이다.
바이오닉스 연구
이것은 나노 생물학의 뜨거운 연구 내용이다. 지금은 이미 많은 성적을 거두었다. 이것은 나노 기술의 유망한 부분이다.
세계에서 가장 작은 모터는 생체 모터인 편모 모터이다. 프로펠러처럼 회전시켜 편모를 회전시킬 수 있다.
나노 세라믹
。 모터는 일반적으로 10 개 이상의 단백질 집단으로 구성되며, 그 구조는 마치 인공 모터와 같다. 고정자, 로터, 베어링 및 유니버설 조인트로 구성됩니다. 직경은 3nm 에 불과하며 회전 속도는 15r/min 까지 올라갈 수 있으며 1 μ s 내에서 우회전 및 좌회전 전환을 수행할 수 있습니다. 추가 전기장을 사용하면 가속이나 감속을 할 수 있습니다. 회전의 동력원은 세균 중 모터를 지탱하는 막 안팎의 질소산소 이온의 농도가 떨어지는 것이다. 실험 증명. 세균 안팎의 전위차도 편모 모터를 구동할 수 있다. 현대인들은 전위차로 제어할 수 있는 인조 편모 모터 드라이브를 설계하고 있다.
일본 미쓰비시 (Mitsubishi) 는 인간의 눈으로 시각적 이미지를 처리하는 기능을 시뮬레이션하는 망막 칩을 개발했습니다. 이 칩은 비소 반도체를 기반으로 한다. 각 칩에는 4096 개의 감지 요소가 포함되어 있습니다. 로봇에 더 적용될 것으로 예상됩니다.
반지와 막대기 같은 분자 기계를 만들 것을 제의받았다. 컴퓨터의 회로 장치로 조립합니다. 단위 크기는 Inm 에 불과하며 초소형 컴퓨터로 조립할 수 있으며, 부피는 몇 미크론에 불과하여 현대의 일반 컴퓨터와 같은 성능을 얻을 수 있다.
나노 구조 자체 조립 복잡한 휘장 기계 시스템 제조에서 큰 문제는 시스템 내 각종 부품의 조립이다. 시스템이 선진적일수록 복잡할수록 조립 문제를 해결하기 어렵다. 단백질, DNA, 세포 등. 자연계의 각종 생물은 모두 매우 복잡한 구조를 가지고 있다. 생성 및 조립은 자동입니다. 생물학적 거대 분자의 자기 조립 원리를 이해하고 통제할 수 있다면, 자연에 대한 인간의 인식과 개조는 반드시 새롭고 높은 수준으로 올라갈 것이다.
파생제품
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로봇
나노 로봇은 분자 수준에서 생물학적 원리에 따라 설계된' 기능성 분자 장치' 로, 분자 로봇이라고도 합니다. 나노 로봇의 연구와 발전은 이미 과학 기술의 최전선의 핫스팟이 되었다.
2005 년에 많은 나라들은 나노 로봇이라는 신기술의 전략적 고지를 장악하기 위해 막대한 투자를 하는 전략이나 계획을 세웠습니다. 최근' 로봇 시대' 월간지에 따르면 나노 로봇은 특히 의료와 군사 분야에서 광범위한 잠재적 용도를 가지고 있다.
모든 신기술의 출현에는 무한한 가능성이 함축되어 있는 것 같다. 얼마 지나지 않아 분자 크기의 신기한 나노 로봇만이 인류의 일상생활에 계속 들어갈 것이다. 우리나라의 저명한 학자 주해중 교수는 1990 이 발표한 로봇에 대한 문장 속에서 20 세기 중엽까지 나노 로봇이 인간의 노동과 생활방식을 완전히 바꿀 것이라고 예측했다.
우비 우산
나노 우비 우산은 우산과 우비의 결합체이고, 나노우산은 삼접우산과 직우산이 있습니다 (요컨대 우산을 받을 때 두 가지 선택이 있습니다). 나노비옷은 나노우산으로 개조할 수 있는데, 나노비옷은 일반 비옷과는 다르다. 나노비옷은 머리부터 발끝까지 절대 젖지 않도록 보장할 수 있기 때문이다. 나노 물질 때문에 이 우산은 단번에 말릴 수 있다. 우산이 비옷으로 개조된 후에는 이런 비옷을 입을 때 가볍게 뛰면 완전히 말릴 수 있다.
방수재
20 14 년 8 월 4 일 호주는 새로 발명한 원단으로 획기적인 티셔츠를 만들었다. 사람들이 아무리 그것을 담그려고 시도해도, 이 티셔츠는 좋은 방수 성능을 유지할 수 있다.
기사라는 이 흰색 티셔츠는 100% 면으로 되어 있습니다. 표면이 보잘것없어 보이지만 그 원단은' 소수성' 나노기술을 적용해 짜여져 있어 이 티셔츠가 대부분의 액체와 얼룩의 침투를 효과적으로 막을 수 있다. 이 티셔츠는 기계로 세탁할 수 있고 방수 기능은 최대 80 회 세탁을 받을 수 있습니다. 그것의 원단은 천연 자체 청소 기능을 갖추고 있어 그 위에 붙어 있는 얼룩은 모두 닦아내거나 물로 씻을 수 있다.
화학물질을 함유한 다른 방수 응용과는 달리 티셔츠는 연잎의 천연 소수성 특성을 모방했다. 이런 직물의 발명은 식당과 카페에 혁명적인 영향을 미칠 수 있다. 게다가, 이 천은 의료업이나 병원에도 사용할 수 있다.
잠재적 위험
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생명 공학과 마찬가지로 나노 기술에도 많은 환경과 안전 문제가 있습니다 (예: 크기가 작으면 생물의 자연 방어 시스템을 피할 수 있는지 여부, 생분해할 수 있는지 여부, 독성 부작용이 얼마나 큰지 등). ).
사회적 피해
나노 입자의 위험
나노 물질 (나노 입자가 함유된 재료) 의 존재 자체는 결코 해롭지 않다. 어떤 방면만이 유해하다, 특히 그들의 기동성과 향상된 반응력. 어떤 나노 입자의 어떤 측면이 생물이나 환경에 해로울 때만 우리는 진정한 위험에 직면할 수 있습니까? [7]? 。
나노 물질이 건강과 환경에 미치는 영향을 논의하기 위해 우리는 두 가지 유형의 나노 구조를 구분해야 한다.
나노 복합 재료, 나노 표면 구조 또는 나노 구성요소 (전자, 광학 센서 등) 입니다. ) 나노 크기의 입자로 하나의 기체에 조립되는데, 재질이나 부품을 고정 나노 입자라고도 합니다.
"자유" 나노 입자, 단일 나노 입자가 저장되든 특정 생산 단계에 직접 사용되든.
이러한 자유 나노 입자는 나노 크기의 단일 요소, 화합물 또는 복잡한 혼합물 (예: "코팅" 나노 입자 또는 한 요소에 다른 물질을 덮는 "코어 셸" 나노 입자) 일 수 있습니다.
현대에 공인된 견해는 우리가 고정 나노 입자가 있는 재료에 관심을 가져야 하지만 자유 나노 입자가 가장 시급한 관심사라는 것이다. (윌리엄 셰익스피어, 자유나노 입자, 자유나노 입자, 자유나노 입자, 자유나노 입자, 자유나노 입자, 자유나노 입자)
나노 입자는 일상생활의 나노 입자와 너무 다르기 때문에 유해한 영향은 알려진 독성에서 추론할 수 없다. 이런 식으로 유리 나노 입자가 건강과 환경에 미치는 영향에 대해 토론하는 것은 중요한 의의가 있다.
더 복잡한 것은, 우리가 나노 입자에 대해 이야기할 때, 우리는 나노 입자가 들어 있는 가루나 액체가 거의 단 한 번도 분산되지 않고 일정 범위 내에서 여러 가지 치수를 가지고 있다는 것을 알아야 한다는 것입니다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 남녀명언) 이렇게 하면 큰 나노 입자가 작은 나노 입자와 특성이 다를 수 있기 때문에 실험 분석이 더욱 복잡해집니다. 그리고 나노 입자는 수렴하는 경향이 있고, 수렴된 나노 입자는 단일 나노 입자와는 다른 행동을 한다.
건강 문제
나노 입자가 인체에 들어가는 네 가지 방법이 있다: 흡입, 삼키기, 피부 흡수 또는 의료 과정에서 의도적으로 주사 (또는 이식물에서 방출). 일단 인체에 들어가면, 그것들은 고도의 유동성을 가지고 있다. 어떤 경우에는 혈뇌 장벽을 통과할 수도 있습니다.
나노 입자의 장기에서의 행동은 여전히 연구해야 할 큰 과제이다. 기본적으로 나노 입자의 동작은 크기, 모양 및 주변 조직과의 상호 작용에 따라 달라집니다. 그것들은 세포 (외래물질을 삼키고 파괴하는 세포) 를 삼키는' 과부하' 를 초래하여 방어성 발열을 일으키고 신체의 면역력을 떨어뜨릴 수 있다. 그것들은 천천히 분해되거나 분해될 수 없기 때문에 장기에 축적될 수 있다. 또 다른 걱정은 인체 내 특정 생물 과정과 반응하는 잠재적인 위험이다. 표면적이 크기 때문에 조직과 액체에 노출된 나노 입자는 그들이 만나는 대분자를 즉시 흡착한다. 예를 들어, 이것은 효소와 다른 단백질의 조절 메커니즘에 영향을 줄 것이다.
환경문제
주로 걱정하는 것은 나노 입자가 미지의 해를 초래할 수 있다는 것이다.
사회적 위험
나노 기술의 사용도 사회적 위험이 있다. 기기 수준에서는 나노 기술이 군사 분야에서 운용될 가능성도 포함되어 있다. (예를 들어, 병사들에게 이식물이나 기타 수단을 장착하고, MIT 병사 나노기술연구소 [1] 에서 연구되고, 나노 탐사선이 강화된 모니터링 수단이 있다.
구조적으로 나노 기술의 비평가들은 나노 기술이 재산권과 회사가 통제하는 신세계를 열었다고 지적했다. 그들은 생명공학이 유전자를 조작하는 능력이 생명의 특허를 수반하는 것처럼 나노 기술 조작분자가 물질의 특허를 가져왔다고 지적했다. (윌리엄 셰익스피어, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언) 지난 몇 년 동안 나노급 특허를 획득한 것은 골드러시와 같다. 2003 년에 800 여 개의 나노 관련 특허를 비준했고, 이 수치는 매년 증가하고 있다. 대기업은 나노급 발명과 발견에 대한 대량의 특허를 독점했다. 예를 들어, NEC 와 IBM 은 나노 기술의 초석 중 하나인 탄소 나노튜브의 기본 특허를 보유하고 있습니다. 탄소 나노튜브는 용도가 광범위하여 전자와 컴퓨터에서 강화 물질, 약물 방출 및 진단에 이르기까지 많은 산업 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다. 탄소 나노튜브는 전통 원자재를 대체하는 주요 공업 거래 재료가 될 수 있다. 그러나 용도가 확장되면 탄소 나노튜브를 만들거나 판매하려는 사람은 어떤 앱이든 먼저 NEC 나 IBM 에서 라이센스를 구입해야 합니다.