Ülast alla vs alt-üles lähenemisviis nanotehnoloogias
Nanotehnoloogia projekteerib, arendab või manipuleerib nanomeetri (miljardik meetrit) skaalal. Nanotehnoloogiaks nimetamiseks peaks tehinguobjekti suurus olema vähem alt ühes mõõtmes väiksem kui sada nanomeetrit. Nanotehnoloogias on kaks disaini lähenemisviisi, mida nimetatakse ül alt alla ja alt üles. Mõlemad lähenemisviisid on kasulikud erinevat tüüpi rakendustes.
Ülav alt alla lähenemine
Ülev alt alla lähenemise korral valmistatakse nanomõõtmelised objektid suuremate objektide töötlemisel. Integraallülituste valmistamine on ül alt alla nanotehnoloogia näide. Nüüd on see kasvanud nano-elektromehaaniliste süsteemide (NEMS) valmistamise tasemele, kus väikesed mehaanilised komponendid, nagu hoovad, vedrud ja vedelikukanalid, koos elektrooniliste vooluahelatega on manustatud väikesele kiibile. Nende toodete lähtematerjalid on suhteliselt suured struktuurid, näiteks ränikristallid. Litograafia on tehnoloogia, mis on võimaldanud nii pisikesi kiipe valmistada ja neid on mitut tüüpi, näiteks foto-, elektron- ja ioonkiirega litograafia.
Mõnedes rakendustes jahvatatakse suuremahulisi materjale nanomeetri skaalani, et suurendada reaktsioonivõime suurendamiseks pindala ja ruumala kuvasuhet. Nanokuld, nanohõbe ja nanotitaandioksiid on sellised nanomaterjalid, mida kasutatakse erinevates rakendustes. Süsinik-nanotoru tootmisprotsess, milles kasutatakse grafiiti kaareahjus, on teine näide ül alt-alla lähenemisviisi nanotehnoloogiast.
Alt-üles lähenemine
Alt-üles lähenemisviis nanotehnoloogias valmistab väiksematest ehitusplokkidest, nagu aatomid ja molekulid, suuremaid nanostruktuure. Iseseisev kokkupanek, milles soovitud nanostruktuurid monteeritakse ise ilma välise manipuleerimiseta. Kui objekti suurus nanotootmises väheneb, on alt-üles lähenemine ül alt-alla meetodite üha olulisem täiendus.
Alt-üles lähenemise nanotehnoloogiat võib leida loodusest, kus bioloogilised süsteemid on kasutanud keemilisi jõude, et luua eluks vajalikke rakkude struktuure. Teadlased ja insenerid viivad läbi uuringuid, et jäljendada seda looduse kvaliteeti, et toota väikseid spetsiifiliste aatomite klastreid, mis võivad seejärel ise kokku panna keerukamateks struktuurideks. Süsinik-nanotorude tootmine metalli katalüüsitud polümerisatsioonimeetodil on hea näide alt-üles lähenemisviisi nanotehnoloogiast.
Molekulaarmasinad ja tootmine on alt-üles nanotehnoloogia kontseptsioon, mille tutvustas Eric Drexler oma raamatus Loomise mootorid 1987. aastal. See on andnud varakult ülevaate sellest, kuidas saab nanomõõtmelisi mehaanilisi süsteeme kasutada keerukate molekulaarstruktuuride ehitamiseks..
Erinevus ül alt-alla ja alt-üles lähenemisviisi vahel nanotehnoloogias
1. Tootmisprotsess algab suurematest struktuuridest ül alt-alla lähenemisviisi korral, kus alustavad ehitusplokid on alt-üles lähenemise korral väiksemad kui lõplik projekt
2. Alt-üles valmistamisel on võimalik saada täiuslike pindade ja servadega struktuure (mitte kortsus ega sisalda õõnsusi jne), kuigi ül alt-alla valmistamisel saadud pinnad ja servad ei ole täiuslikud, kuna need on kortsus või sisaldavad õõnsusi.
3. Alt-üles lähenemisviisi tootmistehnoloogiad on uuemad kui ül alt-alla tootmine ja eeldatavasti on see mõnes rakenduses alternatiiviks (näiteks transistorid).
4. Alt-üles lähenemise toodetel on suurem täpsus (suurem kontroll materjali mõõtmete üle) ja seetõttu saab toota väiksemaid struktuure võrreldes ül alt-alla lähenemisviisiga.
5. Ül alt-alla lähenemisviisi korral on teatud kogus raisatud materjali, kuna mõned osad eemaldatakse algsest struktuurist, vastupidiselt alt-üles lähenemisviisile, kus materjali osa ei eemaldata.
