Προσέγγιση από πάνω προς τα κάτω έναντι από κάτω προς τα πάνω στη Νανοτεχνολογία
Η νανοτεχνολογία σχεδιάζει, αναπτύσσει ή χειρίζεται σε κλίμακα νανομέτρων (ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου). Το μέγεθος του αντικειμένου συναλλαγής θα πρέπει να είναι μικρότερο από εκατό νανόμετρα τουλάχιστον σε μία διάσταση για να ονομαστεί κάτι νανοτεχνολογία. Υπάρχουν δύο προσεγγίσεις σχεδιασμού στη νανοτεχνολογία γνωστές ως top-down και bottom-up. Και οι δύο προσεγγίσεις είναι χρήσιμες σε διαφορετικούς τύπους εφαρμογών.
Προσέγγιση από πάνω προς τα κάτω
Στην προσέγγιση από πάνω προς τα κάτω, τα αντικείμενα νανοκλίμακας κατασκευάζονται με την επεξεργασία μεγαλύτερων αντικειμένων σε μέγεθος. Η κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων είναι ένα παράδειγμα για τη νανοτεχνολογία από πάνω προς τα κάτω. Τώρα έχει αναπτυχθεί στο επίπεδο της κατασκευής νανοηλεκτρομηχανικών συστημάτων (NEMS) όπου μικροσκοπικά μηχανικά εξαρτήματα όπως μοχλοί, ελατήρια και κανάλια υγρών μαζί με ηλεκτρονικά κυκλώματα είναι ενσωματωμένα σε ένα μικροσκοπικό τσιπ. Τα αρχικά υλικά σε αυτές τις κατασκευές είναι σχετικά μεγάλες δομές όπως οι κρύσταλλοι πυριτίου. Η λιθογραφία είναι η τεχνολογία που επέτρεψε την κατασκευή τέτοιων μικροσκοπικών τσιπ και υπάρχουν πολλοί τύποι τους, όπως λιθογραφία φωτογραφίας, δέσμης ηλεκτρονίων και δέσμης ιόντων.
Σε ορισμένες εφαρμογές υλικά μεγαλύτερης κλίμακας αλέθονται σε κλίμακα νανομέτρων για να αυξηθεί η αναλογία επιφάνειας προς όγκο για μεγαλύτερη αντιδραστικότητα. Ο νανοχρυσός, ο νανοάργυρος και το νανοδιοξείδιο του τιτανίου είναι τέτοια νανο υλικά που χρησιμοποιούνται σε διαφορετικές εφαρμογές. Η διαδικασία κατασκευής νανοσωλήνων άνθρακα με χρήση γραφίτη σε φούρνο τόξου είναι ένα άλλο παράδειγμα για τη νανοτεχνολογία προσέγγισης από πάνω προς τα κάτω.
Προσέγγιση από κάτω προς τα πάνω
Η προσέγγιση από κάτω προς τα πάνω στη νανοτεχνολογία είναι η δημιουργία μεγαλύτερων νανοδομών από μικρότερα δομικά στοιχεία, όπως άτομα και μόρια. Αυτοσυναρμολόγηση στην οποία οι επιθυμητές νανοδομές συναρμολογούνται μόνοι τους χωρίς κανέναν εξωτερικό χειρισμό. Όταν το μέγεθος του αντικειμένου γίνεται μικρότερο στη νανοκατασκευή, η προσέγγιση από κάτω προς τα πάνω είναι ένα όλο και πιο σημαντικό συμπλήρωμα στις τεχνικές από πάνω προς τα κάτω.
Η νανοτεχνολογία προσέγγισης από κάτω προς τα πάνω μπορεί να βρεθεί από τη φύση, όπου τα βιολογικά συστήματα έχουν εκμεταλλευτεί χημικές δυνάμεις για να δημιουργήσουν δομές για κύτταρα που χρειάζονται για τη ζωή. Οι επιστήμονες και οι μηχανικοί πραγματοποιούν έρευνα για να μιμηθούν αυτήν την ποιότητα της φύσης για να παράγουν μικρά σμήνη συγκεκριμένων ατόμων, τα οποία μπορούν στη συνέχεια να συναρμολογηθούν σε πιο πολύπλοκες δομές. Η κατασκευή νανοσωλήνων άνθρακα χρησιμοποιώντας μέθοδο πολυμερισμού καταλυόμενου μετάλλου είναι ένα καλό παράδειγμα για τη νανοτεχνολογία προσέγγισης από κάτω προς τα πάνω.
Οι μοριακές μηχανές και η κατασκευή είναι μια έννοια της νανοτεχνολογίας από κάτω προς τα πάνω που εισήχθη από τον Eric Drexler στο βιβλίο του Engines of Creation το 1987. Έχει δώσει πρώτες απόψεις για το πώς μπορούν να χρησιμοποιηθούν μηχανικά συστήματα νανοκλίμακας για την κατασκευή πολύπλοκων μοριακών δομών.
Διαφορά μεταξύ προσέγγισης από πάνω προς τα κάτω και από κάτω προς τα πάνω στη νανοτεχνολογία
1. Η διαδικασία κατασκευής ξεκινά από μεγαλύτερες κατασκευές στην προσέγγιση από πάνω προς τα κάτω, όπου τα αρχικά δομικά στοιχεία είναι μικρότερα από τον τελικό σχεδιασμό στην προσέγγιση από κάτω προς τα πάνω
2. Η κατασκευή από κάτω προς τα πάνω μπορεί να παράγει δομές με τέλειες επιφάνειες και άκρες (όχι τσαλακωμένες και δεν περιέχει κοιλότητες κ.λπ.) αν και οι επιφάνειες και οι άκρες που προκύπτουν από την κατασκευή από πάνω προς τα κάτω δεν είναι τέλειες καθώς είναι τσαλακωμένες ή περιέχουν κοιλότητες.
3. Οι τεχνολογίες κατασκευής προσέγγισης από κάτω προς τα πάνω είναι νεότερες από τις κατασκευές από πάνω προς τα κάτω και αναμένεται να αποτελέσουν εναλλακτική λύση σε ορισμένες εφαρμογές (παράδειγμα: τρανζίστορ).
4. Τα προϊόντα προσέγγισης από κάτω προς τα πάνω έχουν μεγαλύτερη ακρίβεια (περισσότερος έλεγχος στις διαστάσεις του υλικού) και επομένως μπορούν να κατασκευάσουν μικρότερες δομές σε σύγκριση με την προσέγγιση από πάνω προς τα κάτω.
5. Στην προσέγγιση από πάνω προς τα κάτω υπάρχει μια ορισμένη ποσότητα σπατάλης υλικού καθώς ορισμένα μέρη αφαιρούνται από την αρχική δομή σε αντίθεση με την προσέγγιση από κάτω προς τα πάνω όπου δεν αφαιρείται κανένα υλικό μέρος.
