นาโนเทคโนโลยี
หน่วยที่ 2:
ทำความรู้จักกับนาโนเทคโนโลยี
[ความหมายของนาโนเทคโนโลยี][เทคโนโลยีการผลิตระดับนาโน (1)]ี
หมายถึง เทคโนโลยีที่มีความสามารถให้เกิดการสร้างหรือสังเคราะห์สิ่งของ วัสดุ อุปกรณ์ หรือผลิตภัณฑ์ที่มีขนาดเล็กมากในระดับนาโนเมตร (อยู่ในช่วงระหว่าง 1-100 นาโนเมตร) โดยการใช้ชิ้นส่วนเครื่องมือที่มีขนาดเล็กมากในการจัดเรียงอะตอมหรือโมเลกุล ในแบบแผนที่ต้องการได้อย่างถูกต้องแม่นยำ ส่งผลให้โครงสร้างของวัสดุ อุปกรณ์หรือผลผลิตที่ได้มีคุณสมบัติพิเศษทางฟิสิกส์ เคมี หรือชีวภาพที่สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้
นาโนเทคโนโลยี ศาสตร์แขนงใหม่ที่จะเป็นแนวทางปฏิวัติวงการวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีทั้งในปัจจุบัน และในอนาคต
ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา เราจะเห็นได้ว่าเทคโนโลยีในการผลิตชิ้นส่วนอุปกรณ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ได้มีการพัฒนากันอย่างรวดเร็ว โดยสามารถสร้างโครงสร้างชิ้นส่วนที่มีขนาดลดลงได้อย่างรวดเร็ว เช่น เครื่องคอมพิวเตอร์ โทรศัพท์มือถือ หรือเครื่องเล่นเอ็มพี 3 (mp3) เป็นต้น (จากที่เมื่อก่อนมีขนาดใหญ่มาก) ซึ่งเทคโนโลยีในการผลิตวัสดุต่างๆ ในระดับที่เล็กลงไปมากๆ นั้น จำเป็นที่จะต้องใช้เทคโนโลยีการผลิตและวิธีการจัดการแบบใหม่ จึงจะสามารถสร้างหรือผลิตวัสดุ อุปกรณ์หรือผลิตภัณฑ์ต่างๆ ในระดับนั้นได้
การผลิตระดับนาโน (nanofabrication) จำเป็นต้องใช้วิธีการหรือเครื่องมือชนิดพิเศษในกระบวนการผลิต โดยสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 แนวทาง ได้แก่
การผลิตจากใหญ่ไปเล็ก (top-down)
และ
การผลิตจากเล็กไปใหญ่ (bottom-up)
ภาพด้านบนเป็นภาพที่ได้จากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน โดย [ภาพ A] เป็น nanomechanical electrometer ที่ได้จากวิธีการ EBL (Electron Beam Lithography) และ [ภาพ B] เป็น patterned film ของท่อนาโนคาร์บอนผนังเดี่ยว (carbon nanotube : CNT) และ [ภาพ C] เป็นท่อนาโนคาร์บอนผนังเดี่ยวที่เชื่อมต่อระหว่างขั้วไฟฟ้า และ [ภาพ D] เป็นโครงสร้างเครือข่ายอันเป็นระเบียบร่วมกันของนาโนปอร์และอะตอมของเหล็ก ส่วน [ภาพ E] เป็นลักษณะการจัดเรียงโมเลกุลของคาร์บอนมอนอกไซด์ (carbon monoxide) เป็นอักษรรูปตัว C โดยใช้เครื่อง STM (Scanning Tunneling Microscope)
จากภาพด้านบน แสดงให้เห็นถึง 2 แนวทางในการผลิตโครงสร้างระดับนาโน คือ วิธีการจากใหญ่ไปเล็ก (top - down) อย่างเช่น
นาโนลิโทกราฟี (Nanolithography)
ซึ่งเป็นการเขียนหรือการประทับเพื่อกำหนดลักษณะโครงสร้างที่ต้องการ ส่วนวิธีการจากเล็กไปใหญ่ (bottom - up) สามารถทำได้ทั้งกระบวนการที่สามารถเกิดขึ้นเองได้ เช่น ลำดับการเกิดเป็นมหโมเลกุล (supramolecule) หรือเป็นการออกแบบการสร้างจากความเล็กระดับอะตอมไปสู่ระดับใหญ่มากขึ้น อย่างเช่น
การสังเคราะห์โดยจัดวางโมเลกุลอย่างเป็นระเบียบได้ด้วยตนเอง (Self-assembly)
เป็นต้น