24 기초나노화학 Ch2
24 기초나노화학 Ch2
24 기초나노화학 Ch2
2
Introduction to Miniatur-
ization
2.1. Background: the Smaller, the Better
Products do more with less
Molecular-scale electronics
• space
• material cost
• speed
• low perturbation
• exactness and stability
• low energy needed
• power density
2.2. Scaling Laws
• Simple concept that can help orient us to unfamiliar scales and highlight the ways a smaller
design might improve or inhibit performance
Back-of-the-Envelope 2.1
- 코끼리와 flea 중 힘이 더 센 것은 ?
- 코끼리와 flea 중 단위무게당 힘이 더 센 것은 ?
Naim Suleymanoglu
2.2.2 Scaling in Mechanics
classical mechanical systems
• mass ( 𝑀 =r 𝑉 )
(𝑒𝑥 ) 작 은 먼지 ( 𝑑 ≈ 10 𝜇 𝑚 ) 는돌 ( 𝑑 ≈ 10 𝑐 𝑚 ) 에비 해 ?
• force of gravity
1 1
( 𝐹 𝑔= 3
= 12 배)
10,000 10
• friction
coefficient of friction
• wear life (Ex) 수 cm 크기의 부품이 10 년의 wear life 를 갖는다면 , 수 nm 부품의 wear
life 는 ?
Back-of-the-Envelope 2.2
• oscillating frequency
2𝜋
=2 𝜋 𝑓
l
• period of oscillation
∴ 𝑓=
√
1 𝑘
2𝜋 𝑚
• kinetic energy
• electrical power
• capacitance
• magnetic force
(Electromagnetic force)
Back-of-the-Envelope 2.5
- Electromagnetic forces are not large enough for meaningful application at the nanoscale
- 10 nA 가 흐르는 길이 10 nm 의 두 wire 가 1 nm 만큼 떨어져 있을 때 magnetic
force 는 ?
=
• for nanowires,
2.2.4 Scaling in Optics
• divergence angle
2l
• photolithography spot size spot ¿ 𝐷 ¿= ∝l
𝜋 ( 𝑁𝐴 )
• focal length
(Lens-maker’s formula)
1
𝐹𝐿 (
= (𝑛 − 1 )
1
−
1
𝑅 𝑓 𝑅𝑏 )
𝑅
𝑁𝐴=
𝐹𝐿
2.2.5 Scaling in Heat Transfer
• heat capacity of a system (cf) molar heat capacity, specific heat capacity
• new electrodynamic pumping techniques based on surface pumping force such as electro-
osmotic pumping and electrophoretic pumping needed
2.2.7 Scaling in Biology <average LS>
쥐 2~3 년
다람쥐 5 년
• life span 고양이 11 년
양 13 년
quarter-power 개 19 년
scaling 원숭이 15~20 년
• heart rate 말 20 년
소 30 년
타조 35 년
• metabolic rate 코끼리 60 년
고래 120 년
거북이 150 년