Nanocsövek...

Múlt heti cikkünkben röviden meghatároztuk a nanotechnológia fogalmát. Arról is szóltunk, hogy a természetben ősidők óta körülvesznek bennünket nanotechnológiai eljárások. Röviden azt is vizsgáltuk, hogy mivel lehet mérni és ,,látni” ezeket a parányi szerkezeteket. Vajon van-e ennek valami gyakorlati haszna?
Nos, a nanotechnológia - vagyis a ,,törpék” velünk vannak, szinte a nap minden órájában. Talán a legjellemzőbb folyamodványa a nanotechnológiának az összes mikroprocesszoros - mikroszámítógépes szerkezet. Illetve azok a ketyerék, amelyekbe már mikroszámítógépeket, mikrocsipeket is beépítenek. A személyi számítógéped, a mobiltelefonod és a HIFI-berendezés esetleg egy drágább mikrohullámú sütő vagy hűtőszekrény.
Ezekben a mikrocsipekben tranzisztorok vannak - olyan félvezető elemek -, amelyek elvégzik a szükséges matematikai és logikai műveleteket. Amikor a múlt század 50-es éveiben kifejlesztették az első tranzisztort, az bizony meglehetősen robosztus volt. Azóta a gyártástechnológia fejlődött ugyan, de az igazi áttörést az integrált áramkörök megjelenése hozta. Ez azt jelenti, hogy egy szilíciumlapkára nem egy, hanem több tranzisztort ,,építünk” fel. Vajon hányat? Minél többet, annál jobb.
Egymilliárd tranzisztort egy lapra!
Gordon Moore, az Intel cég alkalmazottja (integrált áramköröket gyártó a világpiacon az elsők között levő USA cég) még 1965-ben megalkotta az úgynevezett Moore-törvényt, amely kimondja, hogy 18 hónaponként megkétszereződik a mikrocsipek kapacitása. Az 1970-es években ez 10 000 tranzisztort jelentett processzoronként, ma pedig már eléri a 100 milliót! A jelek szerint 2007-re eléri az egymilliárdot is.
Hogyan lehet ennyi félvezető egységet meg még miegymást felrakni, ,,ráintegrálni” egy alig 2 négyzetmilliméternyi nagyságú szilíciumlapocskára? Hát ez a nanotechnológia területe. Senkit se tévesszen meg azonban az, hogy a mikrocsipek esetenként elég nagyok is lehetnek. Az csak a tokozás - aminek mérete csak a beforrasztandó lábak nagy száma és a hőelvezetési követelmények miatt akkora.
A csipek gyártásában a litográfiai eljárást használják. Tehát fény segítségével - lézer - alakítják a szilíciumlapocskát. Egy hibátlanra polírozott szilíciumlapot fényérzékeny lakkal festenek be, és egy ,,maszk"-on keresztül megvilágítják. A megvilágított felületet a fény ,,megmarja”, és így strukturálja. Annyiszor ismétlik meg ezt a folyamatot, ahány rétegben kívánják megmunkálni a munkadarabot. Ez eddig egyszerűnek látszik, ám ne feledjük el, hogy olyan struktúrákról van szó, amelyeknek a ,,vastagsága” elérheti a 35 nanométert!
Két nagyon nagy akadályt kellett legyőzniük a nanotechnológia mérnökeinek. A kriptonfluoridos lézersugár hullámhossza 193 nanométer, szinte hatszor hosszabb, mint a kialakítandó struktúra. Ágyúval verébre - mondhatnánk. Ez nagyon durva szerszám lenne. A mérnöki találékonyság nem ismer határokat: az OPC-technológiával - fáziseltolódásos interferenciával 13 nanométeres ultraibolya lézert fejlesztettek ki. Ezzel már kialakítható a 35 nanométeres struktúra is.
A másik nagy gond a litográfiai maszk (negatív) hőtágulása. Annyira szigorúak a feltételek, hogy a maszk néhány centiméteres nagyságán a hőtágulás nem lehet Celsius-fokonként egy-két tizednanométernél több. Voltaképpen ez néhány atom átmérőjének a nagyságrendjével egyenlő! Csak így lehet biztosítani a mikrocsip pontos szerkezeti felépítését. Ezért aztán senki se csodálkozzon, ha nem dicsekednek a gyártók, hogy milyen anyagból készül a maszk.
Persze, ez nem maradt egészen titokban, egy cerodur nevű speciális kerámiaanyagggal dolgoznak.
Újabb nagy hatalmas kérdés az, hogy meddig lehet az elemeket miniatürizálni - csökkenteni a méreteket esetleg a most elfogadott 45 nanométeres szabvány alá. Úgy látszik, a szilícium itt már ,,beadja a derekát”. A fejlesztőmérnökök most a nanobiotechnológia felé fordulnak, és szerves anyagokból, fehérjékből - tehát molekulányi nagyságú elemekből - kívánnak logikai elemeket építeni. A kezdeti eredmények biztatóak.
Mire jó egy nanocső?
Persze, a nanotechnológia nemcsak a mikroeletronikában alkotott hatalmasat. Egy teljesen különálló ága a nanotechnológiának a nanocsövek, a CNT-k ( carbon nano tubes) fejlesztése. Ezek a szénszerkezetű csövek néhány nanométer vastagságúak, és falvastagságuk 0,3 nanométer is lehet. Ez egy hajszálnak a tízezred része. Szerkezetük folytán erősebbek az acélszálnál. Olyan szerkezeti elemek építésére lehetnek alkalmasak, amelyeknek a szilárdságáról eddig csak álmodhattak. A NASA-nak van egy furcsa elképzelése: hogy ilyen nanocső-szerkezetű ,,kötél"-lel kösse ki a világűrben a mesterséges holdakat, minek hála nagy tömegű tárgyak emelhetők fel, mint egy csörlővel, a világűrbe. Hogy ez igenis komoly dolog, az abból is látható, hogy 2002-ben több mint 3000 magasszakképzettségű tudós dolgozott a fejlett világban nanocsövek fejlesztésén.
Le lehet nyelni a ,,doktor”-t...
És akkor itt van még a nanotechnológia orvosi felhasználása! Ez egy nagyon széles terület, amely magában foglalja a diagnosztikát és a gyógyítási módszereket. Amellett, hogy a genetikai beavatkozások is a nanotechnológia hozományai, nagy léptekkel fejlődik az ,,intelligens” gyógyszerek kutatása. A nanobiotechnológia és a mikroelektronika fejlesztőmérnökei olyan nanorobotokról beszélnek már, amelyek az emberi szervezetbe (például a véráramba) juttatva nemcsak diagnosztikai, hanem gyógyítási feladatokat is elvégeznének. Kijavíthatnák a károsult szöveteket, eltávolíthatnák a rákos sejteket, azonkívül egyéb hasonló orvosi munkát is elvégezhetnének. Noha ez most a tudományos-fantasztikum területének látszik is, a kutatások folynak.
A nanotechnológia olyan kerámiaanyagok kifejlesztését is lehetővé teszi, amelyek a mindennapos felhasználásba kerülhetnek. Ilyenek a különböző nanofilterek és katalizátorok. Például az újgenerációs üzemanyagcellákban már ilyen katalizátorok vannak, és lehetővé teszik a hatásfok növelését a méretek csökkentésével együtt. Vagy egy másik példa: melyik háziasszony ne mérgelődött volna már azon, hogy a vasalója odaragad? Még a teflonbevonat vagy a rozsdamentes acélból készült talp sem igazi megoldás. A nanotechnológia segítségével kifejlesztett új kerámiabevonatok soha nem ragadnak, és nem is kopnak le.
Nem lenne teljes a kép, ha nem említenénk meg a nanotechnológiával szemben megnyilvánuló fenntartásokat. Némelyek attól félnek, hogy ez félig ember, félig robot lények megjelenéséhez vezet. Ami az egészben a legborzasztóbb, hogy ezt anélkül is megtehetik, hogy észrevennénk, hiszen ezek a ,,törpék” a közönséges ember számára láthatatlanok. Mások viszont az orwelli nagy testvér-szindrómától tartanak, hiszen a nanotechnológia megvetette a lábát az elektronoptika területén is, így a kamerák és a lehallgatók valóban láthatatlanok lehetnek majd.
Csak reménykedhetünk abban, hogy alaptalanok ezek a félelmek, és a nanotechnológia forradalmian változtatja meg az életünket - persze csakis jobbra fordítja!