什麼是納米製造？
條款納米製造和納米製造在各種環境（醫學、光子學、電子學、能源等）中，通常可互換地用於製造一維、二維或三維納米結構，具有相對較高的功能性、結構複雜性和層次性。這些術語涵蓋了大量不同的材料、設備、產品和工藝，而且過於寬泛，無法在一篇短文中詳細介紹。
區分這些術語的一種可能方法是使用經濟可行性標準：與該詞相關的工業規模和盈利能力的含義製造業這意味著納米製造是一種經濟活動，其工業生產設施或多或少都有完全自動化的裝配線。相比之下納米製造更多的是基於開發新材料和新工藝的研究活動，更多的是熟練工匠的領域，而不是大規模生產。
如今，大規模使用納米製造技術的唯一行業是半導體行業，該行業的器件結構已達到單納米級。當然，化學工業長期以來一直在研究納米顆粒和顏料，但這更多地屬於化學領域，而不是納米製造。
在本文中，我們將使用“納米製造”一詞，它可以有一係列含義：在較大的物體上製作小特征（例如，集成電路製造）：
製造功能性納米結構的方法多種多樣。你聽到最多的兩個概念是自上而下和自下而上方法。
自上而下與自下而上的納米加工
米開朗基羅是一位藝術家自上而下藝術家他拿了一大塊未加工的卡拉拉大理石，經過多年的雕琢，造出了一尊像大衛一樣的壯觀雕像。在這個過程中，他把原來的大理石塊縮小到原來體積的一半，剩下的一半作為廢物。
這是納米技術的等價物平版印刷術–主要是光刻，這是當今半導體行業的標準工作人員納米壓印光刻（NIL）用於大規模生產用於診斷和治療應用的納米顆粒——以及其他自上而下的方法，在獲得想要的形狀和大小之前，先取一塊材料，去除不想要的碎片。
在這個過程中，你消耗（相對較多）能量，使用（有時毒性很大）化學品，產生（通常相當多）廢物，需要大量耐心（這些過程相對較慢），而且結果往往非常獨特，不容易複製。
光學光刻和NIL是自上而下的主要納米製造方法，盡管還有大量其他納米製造方法可用。例如，電子束光刻（EBL）可以在大麵積上產生小於10nm的特征，具有良好的放置和覆蓋，但由於其相對較低的吞吐量，它在商業上僅限於生產用於照片和納米壓印光刻和設備開發的掩模。
與自上而下過程的確定性不同，自下而上的過程由熱力學和動力學的組合驅動，從而決定所需結構的產率。
自底向上的納米製造工藝通常不需要昂貴的工具來創建納米級結構，而且擴展到大體積可能很簡單。隨著化學合成工具的應用，量子點、等離子體活性粒子、碳納米管、金屬納米線和醫用多功能粒子已成功批量生產。
開發純粹自底向上的自組裝方法以創建更複雜的設備的努力通常依賴於工程化各種組件之間的交互，將它們放置在一個簡單的環境中，然後讓係統進化到最終狀態。
為了讓事情變得更複雜，有兩種從下到上的根本不同的製造方式。這就是關於不同納米技術術語的許多困惑的來源。
一種自下而上的方法是自然之道：自組裝.自組織過程在自然界中很常見，涉及到從分子（如蛋白質折疊）到行星尺度（如天氣係統）甚至更遠（如星係）的成分。
另一種自下而上的納米技術是“人的方式”：分子締合.聽起來像是自我組裝，但這是一個非常不同的概念。如果你看一下下麵的nanofactory動畫，你就會明白這一點。這是納米技術的倡導者或革命性者提出的願景：分子組裝作為一種工廠概念、裝配線等等，隻是縮小到納米水平。
“自組裝”的概念在這種情況下與“自我複製”納米機器相關，即自我組裝的機器；但這與自然界中的自我組裝類型有很大不同。
但有一個很大的問題：今天，宇宙分子組裝是一個願景；在科學意義上，它甚至還不是一個理論概念。
自組裝
將自組裝用作受控和定向製造過程的關鍵在於設計需要自組裝成所需圖案和功能的組件。自組裝反映了單個組件中編碼的信息，如形狀、表麵性質、電荷、極化率、磁偶極子、質量等；這些特征決定了它們之間的相互作用。
不幸的是，自發的自組裝在很大程度上依賴於粒子的特性。使用不同的粒子，自組裝要麼會形成不同的結構，要麼根本不會發生。
在很小的範圍內，你甚至不用這個詞自組裝而是化學合成–化學家們多年來不斷完善這些過程。然而，共價鍵的穩定性使得合成幾乎任意構型的原子最多隻有1000個。比分子更大的分子、分子聚集體和比分子更廣泛的有組織物質的形式不能通過一個鍵一個鍵合成。自組裝是在更大範圍內組織事物的一種策略。
這項技術可以總結如下：我們不知道為什麼某些原子和分子會以這樣的方式自組裝，但一旦我們能夠啟動和控製這個過程，我們就可以使用它從下到上構建結構——一個原子接一個原子。
自組裝已經成為納米技術中一個特別重要的概念。隨著微型化達到納米級，傳統的製造技術失敗了，因為還不可能製造出將納米級組件組裝成功能器件的機械。在能夠進行納米製造的機器人裝配機建成之前，自組裝——以及化學合成——將是開發自下而上製造的必要技術（閱讀：“注意差距——納米技術機器人視覺與實驗室現實”).
利用大自然的自我組裝技巧是真正的科學，而且已經在實驗室裏發生了。事實上，它實際上即將帶來現實世界的產品。最近的一個例子是IBM在其產品中宣布了自組裝結構氣隙處理器.
自組裝也是納米技術對化學工業產生如此深遠影響的原因。一個例子是用於工業產品的大麵積聚合物（比如塑料）。化學家們正在利用分子的自對準傾向來設計具有特定性質的分子結構。
一旦你知道了某些納米顆粒的行為以及它們所具有的特性，你就可以利用這些知識有意地創造出具有所需特性的結構。這是一種比舊水泥攪拌機化學更有效的方法，在舊水泥攪拌機化學中，你可以根據最佳猜測以或多或少任意的方式混合化合物，看看你得到了什麼材料，然後試著找出你可以用它們做什麼。
這兩種主要的自組裝技術是膠體自組裝技術和DNA自組裝技術，前者通過將具有不同性質的納米顆粒結合成明確定義的晶體結構來生成新材料，後者具有令人興奮的可能性，後者是典型的自組裝係統。
基於DNA的自組裝
基於DNA的自組裝為基於單鏈、雙鏈或雙鏈以及更複雜的超分子組裝的結構類型提供了靈活性。可以形成一維、二維和三維結構，其他納米級物體能夠被DNA功能化，再加上互補序列識別賦予的特異性，意味著DNA可以連接和組織不同的納米結構，形成相對複雜的結構，包括控製良好的納米顆粒晶格，甚至是活性係統。
結構的DNA納米技術，特別是分子自組裝過程稱為DNA折紙，已成為一種多功能的方法，用於製造具有複雜納米級幾何結構、確定分子功能布局以及編程機械和動態特性的納米器件。
科學家們已經在使用DNA折紙技術設計和構建病毒規模的結構以及細胞器。
DNA折紙是一種設計技術——類似於傳統的日本藝術或將紙折疊成裝飾性或代表性形式的技術——納米技術研究人員使用這種技術將DNA鏈折疊成類似於可編程釘板的東西，不同的納米組件可以附著在上麵。
這些DNA組裝允許在<100nm的範圍內自下而上製造具有任意形狀和圖案的複雜納米結構。
定向自組裝——自上而下與自下而上相結合
引導或模板化自組裝通常使用自上而下方法創建的邊界，這些方法與具有內在結構長度比例的係統交互。後者可能來自長程磁能、靜電能或應變能之間的平衡，或者，如嵌段共聚物的情況，可能來自材料分子結構中的局部相互作用。
結論
製造集成電路的技術將在能力和成本方麵繼續發展，但對於單位麵積的低價值、大批量產品來說仍然不經濟。光刻技術家族，例如納米壓印，其發展在很大程度上是由半導體行業推動的，將被擴展以適應各種成本結構，因此將得到廣泛的應用，尤其是對於那些隻需要一個圖案層的結構。
自下而上的自組裝將在生產簡單的功能材料方麵發揮作用，這些材料的使用量大，而且必須便宜，而定向組裝允許施加更長範圍的順序和層次結構，這對某些應用非常重要。
也許最令人興奮的前景是創造出能夠展示更豐富結構和功能的動態納米係統。這是通過學習如何直接控製和設計生物係統來實現的，還是通過基於相同原理構建係統來實現的，還有待觀察，但毫無疑問，這將具有破壞性，而且很可能是革命性的。