Top Down vs Bottom Up Approach in nanotechnology
Nanoteknik designar, utvecklar eller manipulerar i nanometerskala (en miljarddels meter). Handlingsobjektets storlek bör vara mindre än hundra nanometer åtminstone i en dimension för att kalla något för nanoteknik. Det finns två designmetoder inom nanoteknik som kallas top-down och bottom-up. Båda metoderna är användbara i olika typer av tillämpningar.
Top-down-metoden
I uppifrån-och-ned-metoden tillverkas objekt i nanoskala genom att bearbeta större objekt i storlek. Tillverkning av integrerade kretsar är ett exempel på top-down nanoteknik. Nu har det vuxit till nivån för att tillverka nanoelektromekaniska system (NEMS) där små mekaniska komponenter som spakar, fjädrar och vätskekanaler tillsammans med elektroniska kretsar är inbäddade i ett litet chip. Utgångsmaterialen i dessa tillverkningar är relativt stora strukturer såsom kiselkristaller. Litografi är den teknik som har möjliggjort tillverkning av så små chips och det finns många typer av dem som foto-, elektronstråle- och jonstrålelitografi.
I vissa applikationer slipas material i större skala till nanometerskala för att öka förhållandet mellan ytarea och volym för mer reaktivitet. Nano guld, nano silver och nano titandioxid är sådana nanomaterial som används i olika applikationer. Tillverkningsprocess för kolnanorör med grafit i en ljusbågsugn är ett annat exempel på nanoteknik uppifrån och ned.
Bottom-up Approach
Bottom-up-metoden inom nanoteknik är att göra större nanostrukturer från mindre byggstenar som atomer och molekyler. Självmontering där önskade nanostrukturer är självmonterade utan någon extern manipulation. När objektstorleken blir mindre vid nanotillverkning är nedifrån och upp-metoden ett allt viktigare komplement till top-down-tekniker.
Nanoteknik från botten och upp kan hittas från naturen, där biologiska system har utnyttjat kemiska krafter för att skapa strukturer för celler som behövs för liv. Forskare och ingenjörer utför forskning för att imitera denna naturkvalitet för att producera små kluster av specifika atomer, som sedan själv kan sätta samman till mer komplexa strukturer. Tillverkning av kolnanorör med användning av metallkatalyserad polymerisationsmetod är ett bra exempel på nanoteknik med en bottom-up-strategi.
Molecular machines and manufacturing är ett koncept av bottom-up nanoteknik som introducerades av Eric Drexler i sin bok Engines of Creation 1987. Det har gett tidiga synpunkter på hur mekaniska system i nanoskala kan användas för att bygga komplexa molekylära strukturer.
Skillnaden mellan Top-down och Bottom-up-metoden inom nanoteknik
1. Tillverkningsprocessen utgår från större strukturer i uppifrån-och-ned-metoden där startbyggstenarna är mindre än den slutliga designen i bottom-up-metoden
2. Bottom-up-tillverkning kan ge strukturer med perfekta ytor och kanter (inte skrynkliga och innehåller inte håligheter etc.) även om ytor och kanter som är resultatet av top-down-tillverkning inte är perfekta eftersom de är skrynkliga eller innehåller håligheter.
3. Bottom-up-tillverkningstekniker är nyare än top-down-tillverkning och förväntas vara ett alternativ för det i vissa applikationer (exempel: transistorer).
4. Nedifrån och upp-baserade produkter har en högre precisionsnoggrannhet (mer kontroll över materialdimensionerna) och kan därför tillverka mindre strukturer jämfört med top-down-metoden.
5. I top-down-metoden finns det en viss mängd bortkastat material eftersom vissa delar tas bort från den ursprungliga strukturen i motsats till bottom-up-metoden där ingen materialdel tas bort.
