הבדלים בין גרסאות בדף "ננוטכנולוגיה"

נוספו 77 בתים ,  לפני שנתיים
מ
קישורים פנימיים
מ (קישורים פנימיים)
{{עריכה|נושא=מדעי הטבע}}
[[קובץ:Supramolecular Assembly Lehn.jpg|שמאל|ממוזער|200px|[[הרכבה עצמית]] של סופר-מולקולה]]
'''ננוטכנולוגיה''', או בקיצור '''ננוטק''', הוא שם כולל לתחום המחקר והטכנולוגיות העוסקים במערכות שגודלן האופייני הוא בין [[תחיליות במערכת היחידות הבינלאומית#ננו|ננו]][[מטר]]ים בודדים לעשרות ננומטרים{{הערה|1=[http://www.nano.gov/html/facts/whatIsNano.html הסבר מה זה ננוטכנולוגיה מאתר ה-NNI]}}. מחקרים וטכנולוגיות אלו משתייכים למגוון שטחי המדעים וההנדסה החל ממחקרים ב[[פיזיקה]] ו[[הנדסת חשמל]] כגון התקנים [[מוליך למחצה|מוליכים למחצה]], דרך מחקרים ופיתוחים הקשורים ל[[ביולוגיה]] [[מולקולה|מולקולרית]] ולרפואה כגון [[ריצוף DNA|ריצוף]] מהיר של [[DNA]] או שיטות מחקר וניטור חדשות של תהליכים ביולוגים ועד מחקרים הקשורים ל[[כימיה]] כגון הנדסה של [[חומר]]ים חדשים בעלי תכונות רצויות כגון חוזק.
 
==תחומי מחקר==
המחקר והיישומים בננוטכנולוגיה עוסקים במגוון של תופעות שהן זניחות או כלל לא קיימות בגדלים מקרוסקופיים. כך לדוגמה:
* כוחות כמו [[מתח פנים]] ו[[קשרי ואן דר ואלס|כוחות ואן דר ואלס]] הופכים בגדלים אלו לחשובים יותר (תחת תנאים כאלו, למשל, המהירות תהיה פרופורציונלית לכוח המופעל על עצם ולא ה[[תאוצה]] כמו שקובע החוק השני של [[ניוטון]]).
* אפקטים של [[מכניקת הקוונטים]] הופכים למכריעים (תחת תנאים כאלו, למשל, ההתנגדות של [[מוליך חשמלי]] לא תהיה פרופורציונית לאורכו כמו שקובע [[חוק אוהם]]).
* מאחר שזיהומים ופגמים כגון מיקומי אטומים וסדקים זעירים הם סטטיסטיים, הרבה יותר קל לשלוט בהם בגדלים ננומטריים, וכך [[ננו-חלקיק|חלקיקים ננומטריים]] של חומר יכולים להיות בעלי תכונות שונות מאלו של ה[[חומר]] כשהוא מקרוסקופי.
כל התופעות הללו ואחרות כגון אלו גורמיםגורמות ל[[שינוי (תהליך)|שינוי]]ים דרסטיים בתכונות החומר בגודל ננו-מטרי[[נאנומטר|נאנומטרי]].
 
תחום זה מעניין חוקרים ומהנדסים כיוון שהגדלים המאפיינים של מערכות רבות בתחומים שונים הם ננומטריים. ב[[ביולוגיה מולקולרית]] (למשל הגודל האופייני של ה[[חלבון|חלבונים]], של [[נגיף|וירוסים]] ושל ה-[[DNA]]), ב[[פיזיקה]] (האורך על פניו נקבעות תכונות של חומרים כגון [[מוליכות חשמלית|הולכת חשמל]] או [[הולכת חום]]) וב[[כימיה]] (למשל, האורך האופייני בו יש אינטראקציות ב[[תמיסה]]).
[[קובץ:Kohlenstoffnanoroehre Animation.gif|שמאל|ממוזער|240px|המחשה של [[ננו-צינורית פחמן]]]]
===ננומטר===
ה[[תחיליות במערכת היחידות הבינלאומית#ננו|ננו]][[מטר]] הוא אלפית של מיליונית (מיליארדית) של מטר (10<sup>-9</sup> מטר). לצורך השוואה, עובי אופייני של [[שיער|שערת אדם]] הוא 100 אלף ננומטרים, טווח [[אורך גל|אורכי הגל]] של האור הנראה הוא בין 400 ל-800 ננומטרים, והמרחקים האופייניים בין כל [[אטום]] ב[[מולקולה]] הם כעשירית הננומטר. מחקרים בננוטכנולוגיה עוסקים במערכות שגודלן האופייני הוא מננומטרים בודדים ועד עשרות ננומטרים.
 
=== תופעות חדשות (Emerging Phenomena) ===
 
===הרכבה עצמית===
הרכבה עצמית היא גישה להנדסה של מבנים ננו-מטרים הנקראת גם '''Bottom-up''' ואשראשר לוקחת השראה מה[[ביולוגיה]] שם חומרי היסוד הם הרכיבים הקטנים ביותר מהם מורכבת המערכת, האטומים והמולקולות האלו מתרכבים תחת תנאים מסוימים כדי ליצור את המבנה הסופי הרצוי. זאת בניגוד להנדסה אנושית מסורתית הנקראת גם '''Top-Down''' ובה חומרי גלם הם גושי [[חומר]] גדולים ובונים את המבנה הסופי על ידי עיבוד החומר ([[יציקה]], [[עיבוד שבבי]] וכדומה).
 
== היסטוריה ==
פרופסור [[ריצ'רד פיינמן]], פיזיקאי וזוכה [[פרס נובל לפיזיקה]], נחשב למבשר הננו-טכנולוגיה. בהרצאה שנשא ב-[[1959]] ב[[המכון הטכנולוגי של קליפורניה|קלטק]]{{הערה|1=[http://www.its.caltech.edu/~feynman/plenty.html ההרצאה של ריצ'רד פיינמן מאתר הקלטק]}}, במסגרת כנס של [[האגודה האמריקאית לפיזיקה]], תחת הכותרת "יש עוד שפע של מקום בתחתית", תיאר פיינמן את התהליך הציורי הבא: מדען בונה זוג ידיים קטנות שהוא יכול לשלוט בהן בעזרת ידיו. בעזרת זוג הידיים הקטנות הוא בונה זוג ידיים קטנות אפילו יותר. אם יחזור על הפעולה הזו שוב ושוב לבסוף יגיע המדען לזוג ידיים קטנות כל כך עד שאפשר להזיז בעזרתן אטום בודד ממקום למקום. בכך תיאר פיינמן למעשה את גישת Top Down (המאפיינת כיום [[חדר נקי|תהליכי ייצור]] ב[[מיקרואלקטרוניקה]]). פיינמן אף ציין כי במהלך התהליך, עם שינוי סדר הגודל של המבנים איתם אנו עובדים, תשתנה הפיזיקה הרלוונטית לבעיה. ככל שנרד בגודל ה[[כבידה]], למשל, תיהפך לפחות חשובה ו[[קשרי ואן דר ואלס|כוחות ואן דר ואלס]] וכוחות של [[מתח פנים]] יהפכו ליותר משמעותיים. הרצאה זו גררה אחריה התעניינות גוברת בתחום בקהילה הפיזיקאית העולמית.
 
המונח "ננוטכנולוגיה" נטבע בשנת [[1974]] על ידי פרופ' [[נוריו טאניגצ'י]] מ[[האוניברסיטה המדעית של טוקיו]] במאמר שעסק בעיבוד עדין מאוד של [[מתכת|מתכות]]. טאניגצ'י הגדיר את המושג ננוטכנולוגיה כעיבוד, הפרדה, איחוד ושינוי המבנה של חומרים ב[[אטום]] יחיד או [[מולקולה]] יחידהבודדת.
 
למרות כל זאת פריצת הדרך המשמעותית בתחום חלה רק בשנות השמונים של המאה העשרים בשל המצאת שיטות עבודה ומיכשור המאפשר להדמות ולתפעל חומרים ומבנים בסקאלה הננו-מטרית. הראשון מבין הכלים הללו היה מכשיר ה-STM - [[מיקרוסקופ מינהור סורק]] אשר הומצא במעבדות [[IBM]] בציריך על ידי [[היינריך רוהררורר]] ו[[גרד ביניג]] (שזכו ב[[פרס נובל לפיזיקה]] בגין המצאתם זו ב-[[1986]]). מכשיר זה היה הראשון שאפשר למדענים להדמות ולתפעל בקלות חומרים ברמה ה[[אטום|אטומית]]. ועלעל בסיס דרך פעולתו הומצאו עשרות מכשירים תחת השם הכולל [[SPM]] - [[מיקרוסקופיית חיישן סורק]], אשר מהווים עד היום כלים חשובים מאוד לעוסקים בפיתוח ומחקר.
 
בנוסף, בשנים אלו התפתחו מאוד [[חדר נקי|תהליכי ייצור]] של טכנולוגיות של שבבי סיליקון (שמקורן ב[[עמקפרוסת הסיליקוןסיליקון|שבבי סיליקון]]) אשר משמשים ככלי עזר חשוב לקבוצות המחקר והפיתוח בתחום הננוטכנולוגיה.
 
ב-[[1981]] תיאר ד"ר [[אריק דרקסלר]] גישה אחרת לבנייה בעזרת [[הרכבה עצמית]]. דרקסלר פרסם ב-1986 ספר בשם "מנוע היצירה: העידן הקרב של הננוטכנולוגיה"{{הערה|1=[http://e-drexler.com/d/06/00/EOC/EOC_Table_of_contents.html הספר "מנוע היצירה" של ד"ר אריק דרקסלר]}} וכן ספר בשם "ננומערכות: מכונות מולקולריות, ייצור וחישובים" ובכך הפך את המושג ננוטכנולוגיה למוכר גם מחוץ לקהילת המדענים. היום הרכבה עצמית היא אחת השיטות הנחקרות על מנת ליצור מבנים ננומטרים.
 
ב-[[1985]] התגלו ה[[פולרן|פולרנים]] על ידי [[רוברט קארל]], [[הארי קרוטו|הרולד קרוטו]] וריצו[[ריצ'רד סמולי]] מאוניברסיטת סאסקס ואוניברסיטת רייס. תגלית זאת פרצה את הדרך לגילויים של הננו-צינורות ולהתפתחות משמעותית בייצור וחקר ה[[גרפן]]. הפולרנים השונים משמשים קבוצות מחקר ופיתוח רבות בתחום גם כיוון שהם אובייקטים נחקרים וגם בשל המבנה והתכונות של ננו-צינוריות הפחמן אשר הופכות אותן לכלי עזר חשוב במחקרים אחרים בתחום.
 
== רעיונות ויישומים ==
{{השלמה|נושא=מדעי הטבע}}
[[קובץ:Sarfus.DNABiochip.jpg|שמאל|ממוזער|200px|ביו שבב DNA]]
ישנם רעיונות רבים אשר נמצאים כיום בשלבי מחקר שונים ואף יישומים רבים שכברשהפכו מסחרייםכבר למסחריים. הנה כמה מהבולטים שבהם:
* אוסף מחקרים ויישומים בתחום "[[מעבדה על שבב]]" ("lab on a chip") אשר מתמקדים בניסיון לנצל שיטות וחומרים ננו-מטרים על מנת לבצע [[אנליזה (מדע)|אנליזה]] מורכבת לדגימה, בין השאר כדי לנתח מצב רפואי כזה או אחר. דוגמה למוצר שקיים כבר הוא [[ביו-שבב]] תת-עורי לחולי [[סוכרת]] המנטר את רמת הסוכר ב[[דם]] ומשחרר תרופה בצורה מבוקרת.
* מחקרים אודות מבנים ננו-מטרים כגון: [[פולרן|ננו-צינוריות פחמן]] ורתימתם ליישומים שונים כגון ריפוי [[מחלה|מחלות]] או שימוש לחיזוק חומרים לצורכי [[שריון]].