Ylhäältä alas vs alha alta ylös -lähestymistapa nanoteknologiassa
Nanoteknologia suunnittelee, kehittää tai manipuloi nanometrin (metrin miljardisosan) mittakaavassa. Kaupan kohteen koon tulisi olla alle sata nanometriä ainakin yhdessä ulottuvuudessa, jotta sitä voidaan kutsua nanoteknologiaksi. Nanoteknologiassa on kaksi suunnittelulähestymistapaa, jotka tunnetaan ylhäältä alas ja alha alta ylös. Molemmat lähestymistavat ovat hyödyllisiä erilaisissa sovelluksissa.
Ylhäältä alas -lähestymistapa
Ylhäältä alas suuntautuvassa lähestymistavassa nanomittakaavan objektit valmistetaan käsittelemällä kooltaan suurempia esineitä. Integroitujen piirien valmistus on esimerkki ylhäältä alas -nanoteknologiasta. Nyt se on kasvanut nanoelektromekaanisten järjestelmien (NEMS) valmistuksen tasolle, jossa pienet mekaaniset komponentit, kuten vivut, jouset ja nestekanavat sekä elektroniset piirit, on upotettu pieneen siruun. Näiden valmisteiden lähtöaineet ovat suhteellisen suuria rakenteita, kuten piikiteitä. Litografia on tekniikka, joka on mahdollistanut tällaisten pienten sirujen valmistamisen, ja niitä on monenlaisia, kuten valokuva-, elektronisuihku- ja ionisuihkulitografia.
Joissakin sovelluksissa suuremman mittakaavan materiaalit hiotaan nanometrin mittakaavassa pinta-alan ja tilavuuden sivusuhteen lisäämiseksi reaktiivisuuden lisäämiseksi. Nanokulta, nanohopea ja nanotitaanidioksidi ovat tällaisia nanomateriaaleja, joita käytetään erilaisissa sovelluksissa. Hiilinanoputkien valmistusprosessi, jossa käytetään grafiittia kaariuunissa, on toinen esimerkki ylhäältä alas -lähestymistavan nanoteknologiasta.
Alha alta ylös -lähestymistapa
Nanoteknologian alha alta ylös -lähestymistapa on tehdä suurempia nanorakenteita pienemmistä rakennuspalikoista, kuten atomeista ja molekyyleistä. Itsekokoonpano, jossa halutut nanorakenteet kootaan itse ilman ulkoista käsittelyä. Kun objektin koko pienenee nanovalmistuksessa, alha alta ylös -lähestymistapa on yhä tärkeämpi täydennys ylhäältä alas -tekniikoille.
Alha alta ylöspäin suuntautuva nanoteknologia löytyy luonnosta, jossa biologiset järjestelmät ovat hyödyntäneet kemiallisia voimia luodakseen rakenteita elämään tarvittaville soluille. Tiedemiehet ja insinöörit tekevät tutkimusta jäljitelläkseen tätä luonnonlaatua tuottaakseen pieniä ryhmiä tiettyjä atomeja, jotka voivat sitten koota itsekseen monimutkaisempia rakenteita. Hiilinanoputkien valmistus metallikatalysoidulla polymerointimenetelmällä on hyvä esimerkki alha alta ylöspäin suuntautuvasta nanoteknologiasta.
Molekylaariset koneet ja valmistus on alha alta ylöspäin suuntautuvan nanoteknologian käsite, jonka Eric Drexler esitteli kirjassaan Engines of Creation vuonna 1987. Se on antanut varhaisia näkemyksiä siitä, kuinka nanomittakaavan mekaanisia järjestelmiä voidaan käyttää monimutkaisten molekyylirakenteiden rakentamiseen..
Ylhäältä alas ja alha alta ylös -lähestymistavan välinen ero nanoteknologiassa
1. Valmistusprosessi alkaa suuremmista rakenteista ylhäältä alas -lähestymistapassa, jossa aloituselementit ovat pienempiä kuin lopullinen suunnittelu alha alta ylös -lähestymistapassa
2. Alha alta ylös -valmistus voi tuottaa rakenteita, joissa on täydelliset pinnat ja reunat (ei rypistyneitä eikä sisällä onteloita jne.), vaikka ylhäältä alas -valmistuksen tuloksena syntyneet pinnat ja reunat eivät ole täydellisiä, koska ne ovat ryppyisiä tai sisältävät onteloita.
3. Alha alta ylös -lähestymistavan valmistustekniikat ovat uudempia kuin ylhäältä alas -valmistus, ja niiden odotetaan olevan vaihtoehto sille joissakin sovelluksissa (esimerkiksi transistorit).
4. Alha alta ylös -lähestymistavan tuotteilla on suurempi tarkkuus (enempi materiaalimittojen hallinta), ja siksi niillä voidaan valmistaa pienempiä rakenteita verrattuna ylhäältä alas -lähestymiseen.
5. Ylhäältä alas -lähestymistapassa on tietty määrä hukattua materiaalia, koska jotkin osat poistetaan alkuperäisestä rakenteesta, toisin kuin alha alta ylös -lähestymistapa, jossa materiaalia ei poisteta.
