[논문 리뷰] Nanotechnology: The New Features

Gang Wang|arXiv (Cornell University)|2018. 12. 08.

Quantum-Dot Cellular Automata참고 문헌 90인용 수 18

한 줄 요약

이 논문은 나노물질, 나노소자, 나노스케일 물리학에 중점을 두고, 탄소 나노튜브, 나노센서, 나노회로를 포함한 나노기술의 새로운 특징에 대한 종합적인 조사 보고서를 제공한다. 나노구조공학을 기능적 나노시스템 설계의 프레임워크로 도입하고, 지속 가능한 발전을 위한 녹색 나노기술을 강조하면서도, 상용화 및 안전성과 관련된 독성 우려와 미래 과제를 다룬다.

ABSTRACT

Nanotechnologies are attracting increasing investments from both governments and industries around the world, which offers great opportunities to explore the new emerging nanodevices, such as the Carbon Nanotube and Nanosensors. This technique exploits the specific properties which arise from structure at a scale characterized by the interplay of classical physics and quantum mechanics. It is difficult to predict these properties a priori according to traditional technologies. Nanotechnologies will be one of the next promising trends after MOS technologies. However, there has been much hype around nanotechnology, both by those who want to promote it and those who have fears about its potentials. This paper gives a deep survey regarding different aspects of the new nanotechnologies, such as materials, physics, and semiconductors respectively, followed by an introduction of several state-of-the-art nanodevices and then new nanotechnology features. Since little research has been carried out on the toxicity of manufactured nanoparticles and nanotubes, this paper also discusses several problems in the nanotechnology area and gives constructive suggestions and predictions.

연구 동기 및 목표

• 1–100 nm 척도에서 나노기술의 기본 원리와 새로운 특징을 분석하기 위해.
• 나노스케일 구성 요소의 제어된 상호작용을 통해 나노스케일 물질과 소자를 통합하여 기능적 시스템을 설계하는 나노구조공학을 탐구하기 위해.
• 탄소 나노튜브, 나노센서, 나노회로와 같은 최신 나노소자를 검토하기 위해.
• 나노물질의 환경적 및 건강적 영향을 평가하고 녹색 나노기술 접근법을 홍보하기 위해.
• 독성, 확장성, 표준화와 같은 나노기술 개발의 주요 과제를 식별하고 구체적인 권고안을 제시하기 위해.

제안 방법

• 1~100 nm의 치수에서 고전적 물리학과 양자역학의 상호작용으로 인해 발생하는 나노스케일 현상을 조사하기 위해.
• 나노스케일 단위를 제어된 상호작용을 통해 기능적 시스템으로 조립하는 설계 방법론으로 나노구조공학을 도입하기 위해.
• 나노와이어, 단일 전자 트랜지스터, 양자점 세포 자동화 기반의 나노회로를 분석하고, 터널링 실리콘 비아(TSV)를 사용한 3차원 통합 회로에 중점을 두기 위해.
• 전체 수명주기 분석을 통해 녹색 나노기술을 평가하고, 지속 가능한 설계, 재생 가능한 원료, 영향 최소화 제조 공정에 중점을 두기 위해.
• 나노물질 생산 및 폐기 후 관리 과정에서 환경적 및 건강적 위험을 최소화하기 위해 녹색 화학 및 공학 원칙을 적용하기 위해.
• 에너지 효율적인 분리 및 오염 제거를 위한 효율적인 촉매 및 나노스케일 막을 나노물질로 평가하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 양자 효과로 인해 1–100 nm 스케일에서 어떤 고유한 물리적, 화학적, 생물학적 성질이 나타나는가?
• RQ2 나노스케일 구조 단위의 제어된 상호작용을 통해 나노구조공학은 어떻게 새로운 功能을 가능하게 하는가?
• RQ3 특히 TSV를 사용한 3차원 통합 회로를 고려할 때, 나노회로 개발의 주요 과제와 기회는 무엇인가?
• RQ4 나노물질 수명주기 전반에서 환경적 및 건강적 위험을 최소화하기 위해 녹색 나노기술 원리는 어떻게 적용될 수 있는가?
• RQ5 제조된 나노입자 및 나노튜브의 독성에 대한 현재 이해의 격차는 무엇이며, 이를 어떻게 보완할 수 있는가?

주요 결과

• 나노기술은 1–100 nm 스케일에서 양자 현상을 이용함으로써 기존의 거시물질에서는 관찰되지 않는 고유한 功能을 가진 새로운 물질과 소자를 개발할 수 있도록 한다.
• 나노구조공학은 나노스케일 구성 요소의 제어된 배열을 통해 기능적 나노시스템을 설계하는 체계적인 프레임워크를 제공하며, 집합적 상호작용으로 인해 나타나는 잠재적 성질을 가능하게 한다.
• 나노와이어, 양자점, 3차원 IC 아키텍처 기반의 나노회로는 고성능, 저전력 전자기기 분야에서 잠재력을 보이고 있으나, 수율, 비용, 표준화 문제는 여전히 남아 있다.
• 고표면적 나노촉매 및 나노스케일 막을 포함한 녹색 나노기술 응용은 화학 공정에서 에너지 효율을 높이고 환경 영향을 줄이는 데 기여할 수 있다.
• 재생 가능한 원료, 비독성 부산물, 유출되지 않는 코팅을 사용한 지속 가능한 나노물질 설계는 장기적인 환경적 및 건강적 위험을 줄일 수 있다.
• 크게 잠재력이 있음에도 불구하고, 공학적으로 설계된 나노입자 및 탄소 나노튜브의 장기적 독성은 여전히 잘 이해되어 있지 않으며, 사전적 안전성 연구와 수명주기 기반의 위험 평가가 필수적이다.