Approccio top down vs bottom up nella nanotecnologia
La nanotecnologia sta progettando, sviluppando o manipolando su scala nanometrica (un miliardesimo di metro). La dimensione dell'oggetto da trattare dovrebbe essere inferiore a cento nanometri almeno in una dimensione per chiamare qualcosa come nanotecnologia. Esistono due approcci progettuali nella nanotecnologia noti come top-down e bottom-up. Entrambi gli approcci sono utili in diversi tipi di applicazioni.
Approccio top-down
Nell'approccio top-down, gli oggetti su scala nanometrica sono realizzati elaborando oggetti di dimensioni maggiori. La fabbricazione di circuiti integrati è un esempio di nanotecnologia top-down. Ora è cresciuto fino al livello di fabbricare sistemi nano elettromeccanici (NEMS) in cui minuscoli componenti meccanici come leve, molle e canali del fluido insieme a circuiti elettronici sono incorporati in un minuscolo chip. I materiali di partenza in queste realizzazioni sono strutture relativamente grandi come cristalli di silicio. La litografia è la tecnologia che ha permesso di realizzare chip così piccoli e ce ne sono molti tipi come la litografia fotografica, a fascio di elettroni e a fascio di ioni.
In alcune applicazioni, i materiali su scala più grande vengono macinati su scala nanometrica per aumentare il rapporto tra area superficiale e volume per una maggiore reattività. Nano oro, nano argento e nano biossido di titanio sono tali nano materiali utilizzati in diverse applicazioni. Il processo di produzione di nanotubi di carbonio che utilizza la grafite in un forno ad arco è un altro esempio di nanotecnologia con approccio top-down.
Approccio dal basso verso l' alto
L'approccio dal basso verso l' alto nella nanotecnologia sta realizzando nanostrutture più grandi da elementi costitutivi più piccoli come atomi e molecole. Autoassemblaggio in cui le nanostrutture desiderate vengono autoassemblate senza alcuna manipolazione esterna. Quando la dimensione dell'oggetto si riduce nella nanofabbricazione, l'approccio bottom-up è un complemento sempre più importante delle tecniche top-down.
La nanotecnologia con approccio dal basso può essere trovata dalla natura, dove i sistemi biologici hanno sfruttato le forze chimiche per creare strutture per le cellule necessarie alla vita. Scienziati e ingegneri svolgono ricerche per imitare questa qualità della natura per produrre piccoli gruppi di atomi specifici, che possono quindi autoassemblarsi in strutture più complesse. La produzione di nanotubi di carbonio utilizzando il metodo di polimerizzazione catalizzata da metalli è un buon esempio di nanotecnologia con approccio bottom-up.
Macchine e produzione molecolari è un concetto di nanotecnologia bottom-up introdotto da Eric Drexler nel suo libro Engines of Creation nel 1987. Ha fornito una prima visione di come possono essere utilizzati sistemi meccanici su scala nanometrica per costruire strutture molecolari complesse.
Differenza tra approccio top-down e bottom-up nella nanotecnologia
1. Il processo di produzione parte da strutture più grandi nell'approccio dall' alto verso il basso in cui i blocchi costitutivi iniziali sono più piccoli del progetto finale nell'approccio dal basso verso l' alto
2. La produzione bottom-up può produrre strutture con superfici e bordi perfetti (non rugosi e non contengono cavità, ecc.) sebbene le superfici e gli spigoli risultanti dalla produzione top-down non siano perfetti in quanto rugosi o contenenti cavità.
3. Le tecnologie di produzione con approccio bottom-up sono più recenti della produzione top-down e dovrebbero essere un' alternativa in alcune applicazioni (esempio: transistor).
4. I prodotti con approccio dal basso verso l' alto hanno una maggiore precisione (maggiore controllo sulle dimensioni del materiale) e quindi possono produrre strutture più piccole rispetto all'approccio dall' alto verso il basso.
5. Nell'approccio dall' alto verso il basso c'è una certa quantità di materiale sprecato poiché alcune parti vengono rimosse dalla struttura originale, in contrasto con l'approccio dal basso verso l' alto in cui nessuna parte materiale viene rimossa.
