ลวดนาโน ผู้เชี่ยวชาญด้านนาโนศาสตร์ พูดถึงแนวทางที่แตกต่างกัน 2 วิธีในการสร้างสิ่งต่างๆในระดับนาโน วิธีการจากบนลงล่างและแนวทางจากล่างขึ้นบน วิธีการจากบนลงล่างโดยพื้นฐานแล้วหมายความว่าคุณนำวัสดุจำนวนมากที่คุณวางแผนจะใช้สำหรับเส้นลวดนาโนและแกะสลักออกจนกว่าคุณจะได้ขนาดที่เหมาะสม วิธีการจากล่างขึ้นบนเป็นกระบวนการประกอบที่อนุภาคขนาดเล็กรวมตัวกัน
เพื่อสร้างโครงสร้างที่ใหญ่ขึ้นแม้ว่าเราจะสามารถสร้างเส้นลวดนาโน โดยใช้ทั้ง 2 วิธี แต่ก็ยังไม่มีใครพบวิธีที่จะทำให้การผลิตจำนวนมากเป็นไปได้ ในตอนนี้นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรจะต้องใช้เวลามากในการสร้างเศษเสี้ยวของจำนวนเส้นลวดนาโนที่พวกเขาต้องการสำหรับชิปไมโครโพรเซสเซอร์ ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่กว่านั้นคือการหาวิธีจัดเรียงเส้นลวดนาโนให้ถูกต้อง
เมื่อสร้างเสร็จสเกลขนาดเล็กทำให้การสร้างทรานซิสเตอร์โดยอัตโนมัติเป็นเรื่องยากมาก ในปัจจุบันวิศวกรมักจะจัดการสายไฟให้เข้าที่ด้วยเครื่องมือ ในขณะที่สังเกตทุกสิ่งผ่านกล้องจุลทรรศน์ ตัวอย่างของแนวทางจากบนลงล่างคือวิธีที่นักวิทยาศาสตร์สร้างสายนาโนไฟเบอร์ออปติก สายไฟเบอร์ออปติกส่งข้อมูลในรูปของแสง
ในการสร้างสายไฟเบอร์ออปติกนาโนวิศวกรเริ่มจากสายไฟเบอร์ออปติกธรรมดาก่อน พวกเขามีแนวทางที่แตกต่างกัน2 ถึง 3 วิธี ในการลดขนาดสายไฟเบอร์ออปติกให้เหลือระดับนาโน นักวิทยาศาสตร์สามารถอุ่นแท่งที่ทำจากแซฟไฟร์พันสายเคเบิลรอบๆแท่งแล้วดึงสายเคเบิลยืดให้บางเพื่อสร้างเส้นลวดนาโน อีกวิธีหนึ่งใช้เตาหลอมขนาดเล็กที่ทำจากไพลินทรงกระบอกขนาดเล็ก
นักวิทยาศาสตร์ดึงสายเคเบิลใยแก้วนำแสงผ่านเตาหลอมและยืดออกเป็นเส้นลวดนาโนบางๆ ขั้นตอนที่สามที่เรียกว่าการแปรงด้วยเปลวไฟใช้เปลวไฟใต้สายเคเบิลใยแก้วนำแสง ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์ยืดมันในกล้องจุลทรรศน์ของนักวิทยาศาสตร์ นาโนไม่ใช่แบบเดียวกับที่คุณพบในห้องปฏิบัติการเคมีของโรงเรียนมัธยมปลาย เมื่อคุณลงไปที่ระดับอะตอมโดยที่คุณกำลังเผชิญกับขนาดที่เล็กกว่า
ความยาวคลื่นของแสงที่ตามองเห็น นักวิทยาศาสตร์นาโนสามารถใช้กล้องจุลทรรศน์แบบส่องในอุโมงค์หรือกล้องจุลทรรศน์แรงปรมาณูแทนได้ กล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์สแกนใช้กระแสไฟฟ้าอ่อนเพื่อตรวจสอบวัสดุที่สแกน กล้องจุลทรรศน์แรงปรมาณูจะสแกนพื้นผิวด้วยปลายที่ละเอียดมาก กล้องจุลทรรศน์ทั้งสองส่งข้อมูลไปยังคอมพิวเตอร์ ซึ่งจะรวบรวมข้อมูลและฉายภาพกราฟิกบนจอภาพ
การสะสมไอของสารเคมีเป็นตัวอย่างของวิธีการจากล่างขึ้นบน โดยทั่วไปหมายถึงกลุ่มของกระบวนการที่ของแข็งก่อตัวขึ้นจากก๊าซ นักวิทยาศาสตร์ฝากตัวเร่งปฏิกิริยาไว้บนฐานที่เรียกว่าสารตั้งต้น ตัวเร่งปฏิกิริยาทำหน้าที่เป็นแหล่งดึงดูดสำหรับการก่อตัวของเส้นลวดนาโน นักวิทยาศาสตร์วางสารตั้งต้นไว้ในห้องที่มีแก๊ส ซึ่งมีองค์ประกอบที่เหมาะสม เช่น ซิลิคอน และอะตอมในแก๊ส
โดยซิลิคอน และอะตอมในแก๊สจะทำหน้าที่ทั้งหมด ในขั้นแรกอะตอมในแก๊สจะเกาะกับอะตอมในตัวเร่งปฏิกิริยา จากนั้นอะตอมของแก๊สจะเกาะกับอะตอมเหล่านั้นและสร้างสายโซ่หรือลวด กล่าวอีกนัยหนึ่งคือเส้น ลวดนาโน รวมตัวกัน วิธีใหม่ในการสร้างเส้นลวดนาโนคือการพิมพ์โดยตรงไปยังวัสดุพิมพ์ที่เหมาะสม ทีมนักวิจัยในซูริกเป็นผู้บุกเบิกวิธีการนี้
ขั้นแรกพวกเขาแกะสลักเวเฟอร์ซิลิคอนเพื่อให้ส่วนที่ยกขึ้นบนแผ่นเวเฟอร์สอดคล้องกับลักษณะที่พวกเขาต้องการจัดเรียงเส้นลวดนาโน พวกเขาใช้แผ่นเวเฟอร์เหมือนตราประทับกดลงบนยางสังเคราะห์โดยที่เรียกว่าโพลีไดเมทิลไซลอกเซน จากนั้นพวกเขาดึงของเหลวที่เต็มไปด้วยอนุภาคนาโนทองคำที่เรียกว่าสารแขวนลอยคอลลอยด์ข้ามโพลีไดเมทิลไซลอกเซน
อนุภาคทองคำตกลงในช่องที่สร้างขึ้นโดยแสตมป์เวเฟอร์ซิลิคอน ตอนนี้โพลีไดเมทิลไซลอกเซนกลายเป็นแม่พิมพ์ที่สามารถถ่ายโอนการพิมพ์ของเส้นลวดนาโนทองคำไปยังอีกพื้นผิวหนึ่งได้ แม่พิมพ์โพลีไดเมทิลไซลอกเซนสามารถใช้ซ้ำได้และอาจมีบทบาทในการผลิตจำนวนมากของวงจรเส้นลวดนาโน ห้องปฏิบัติการหลายได้สร้างทรานซิสเตอร์โดยใช้เส้นลวดนาโน
แต่การสร้างต้องใช้เวลาและทรานซิสเตอร์นาโนไวร์ทำงานได้ดีหรือดีกว่าทรานซิสเตอร์ปัจจุบัน หากนักวิทยาศาสตร์สามารถหาวิธีออกแบบวิธีผลิตและเชื่อมต่อทรานซิสเตอร์เส้นลวดนาโนเข้าด้วยกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ ก็จะปูทางไปสู่ไมโครโพรเซสเซอร์ที่มีขนาดเล็กลงและเร็วขึ้น ซึ่งจะช่วยให้อุตสาหกรรมคอมพิวเตอร์ สามารถปฏิบัติตามกฎของมัวร์ได้
ชิปคอมพิวเตอร์จะมีขนาดเล็กลงและมีประสิทธิภาพมากขึ้น การวิจัยในการผลิตลวดนาโนยังคงดำเนินต่อไปทั่วโลก นักวิทยาศาสตร์หลายคนเชื่อว่าเป็นเพียงเรื่องของเวลาก่อนที่จะมีคนคิดค้นวิธีการผลิตสายนาโนและทรานซิสเตอร์สายนาโนจำนวนมากได้ และพวกเขาหวังว่าถ้าเราไปถึงจุดนั้นและเมื่อไหร่ เราจะมีวิธีจัดเรียงเส้นลวดนาโนในแบบที่เราต้องการ เพื่อที่เราจะได้ใช้มันได้อย่างเต็มที่
จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าเส้นลวดนาโนทั้งหมดเป็นสิ่งที่มนุษย์สร้างขึ้น แต่เมื่อสองสามปีที่ผ่านมานักชีววิทยาได้ค้นพบว่าแบคทีเรียนั้นสามารถเจริญเติบโตของเส้นลวดนาโนได้เอง แบคทีเรียที่เรียกว่าจีโอแบคเตอร์ซัลเฟอร์รีดิวเซนทิ้งอิเล็กตรอนลงบนอะตอมของโลหะ อิเล็กตรอนเป็นผลพลอยได้จากการใช้เชื้อเพลิงของแบคทีเรีย
หากมีการขาดแคลนโลหะในสภาพแวดล้อมของแบคทีเรียมันจะขยายส่วนต่อสายนาโนเพื่อนำอิเล็กตรอนไปยังโลหะที่ใกล้ที่สุด ทำให้แบคทีเรียใช้เชื้อเพลิงมากขึ้น นักวิทยาศาสตร์หวังว่าจะสร้างเซลล์เชื้อเพลิงซึ่งอินทรีย์โดยใช้แบคทีเรีย เช่นจีโอแบคเตอร์ ซัลเฟอร์รีดิวเซนเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า การประยุกต์ใช้ลวดนาโน บางทีการใช้เส้นลวดนาโนที่ชัดเจนที่สุดคือในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
สายนาโนบางชนิดเป็นตัวนำไฟฟ้าหรือสารกึ่งตัวนำที่ดีมากและขนาดที่เล็ก ทำให้ผู้ผลิตสามารถใส่ทรานซิสเตอร์ได้หลายล้านตัวในไมโครโพรเซสเซอร์ตัวเดียวเป็นผลให้ความเร็วของคอมพิวเตอร์จะเพิ่มขึ้นอย่างมาก สายนาโนอาจมีบทบาทสำคัญในด้านควอนตัมคอมพิวเตอร์ ทางทีมนักวิจัยในเนเธอร์แลนด์สร้างเส้นลวดนาโนจากอินเดียมอาร์เซไนด์และต่อเข้ากับขั้วไฟฟ้าอะลูมิเนียม
ที่อุณหภูมิใกล้ศูนย์สัมบูรณ์อะลูมิเนียมจะกลายเป็นตัวนำยิ่งยวด ซึ่งหมายความว่าสามารถนำไฟฟ้าได้โดยไม่มีความต้านทานใดๆ สายนาโนยังกลายเป็นตัวนำยิ่งยวดเนื่องจากเอฟเฟกต์ความใกล้ชิด นักวิจัยสามารถควบคุมตัวนำยิ่งยวดของเส้นลวดนาโนได้โดยใช้แรงดันไฟฟ้าต่างๆผ่านสารตั้งต้นที่อยู่ใต้สายไฟ สายนาโนอาจมีบทบาทสำคัญในอุปกรณ์ขนาดนาโน
ตัวอย่างเช่น หุ่นยนต์นาโน แพทย์สามารถใช้หุ่นยนต์นาโนเพื่อรักษาโรคเช่นมะเร็ง การออกแบบหุ่นยนต์นาโนบางตัวมีระบบพลังงานในตัวซึ่งจำเป็นต้องมีโครงสร้างเช่นเส้นลวดนาโนเพื่อสร้างและนำไฟฟ้า นักนาโนศาสตร์สามารถสร้างสายนาโนที่ผลิตกระแสไฟฟ้าจากพลังงานจลน์ได้โดยใช้ วัสดุเพียโซอิเล็กทริก เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกเป็นปรากฏการณ์ในวัสดุบางอย่าง
เมื่อคุณใช้แรงทางกายภาพกับวัสดุเพียโซอิเล็กทริก มันจะปล่อยประจุไฟฟ้าออกมาหากคุณใช้ประจุไฟฟ้ากับวัสดุเดียวกันนี้ มันจะสั่นและสายนาโนเพียโซอิเล็กทริกอาจให้พลังงานแก่ระบบขนาดนาโนในอนาคต แม้ว่าในปัจจุบันจะยังไม่มีการใช้งานจริงก็ตามมีแอปพลิเคชันลวดนาโนที่เป็นไปได้อีกหลายร้อยรายการในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
นักวิจัยในญี่ปุ่นกำลังทำงานเกี่ยวกับสวิตช์อะตอมที่อาจเข้ามาแทนที่สวิตช์เซมิคอนดักเตอร์ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ในสักวันหนึ่งนักวิทยาศาสตร์จากห้องปฏิบัติการพลังงานทดแทนแห่งชาติหวังว่าเส้นลวดนาโนโคแอ็กเซียลจะปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานของเซลล์แสงอาทิตย์ เนื่องจากเรายังคงเรียนรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติของเส้นลวดนาโนและโครงสร้างระดับนาโนอื่นๆ
ในอนาคตอาจมีแอปพลิเคชันหลายพันรายการที่เรายังไม่ได้พิจารณาด้วยซ้ำ การใช้งานเส้นลวดนาโนบางประเภทไม่ได้อยู่ในสาขาอิเล็กทรอนิกส์ที่มหาวิทยาลัยอาร์คันซอ นักวิจัยกำลังใช้ลวดนาโนเพื่อเคลือบรากฟันเทียมไททาเนียม แพทย์ได้ค้นพบว่าบางครั้งเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อยึดเกาะกับไททาเนียมได้ไม่ดีนัก แต่เมื่อเคลือบด้วยเส้นลวดนาโนเนื้อเยื่อจะสามารถยึดตัวเองเข้ากับวัสดุปลูกถ่าย
ซึ่งมันจะช่วยลดความเสี่ยงของความล้มเหลวของการปลูกถ่ายอวัยวะได้ นักวิทยาศาสตร์ที่สถาบันโรคหัวใจและหลอดเลือดแกลดสโตนกำลังทดลองกับเส้นลวดนาโนและสเต็มเซลล์ พวกเขาหวังว่าการใช้กระแสไฟฟ้าผ่านเส้นลวดนาโนเข้าไปในเซลล์ต้นกำเนิดและพวกเขาจะสามารถควบคุมความแตกต่างของเซลล์ได้สำเร็จ
บทความที่น่าสนใจ : คอเลสเตอรอลดี สิ่งที่คุณควรทราบเกี่ยวกับคุณค่าของคอเลสเตอรอลดี
