การผลิตระดับนาโนหมายถึงทั้งการผลิตวัสดุขนาดนาโน ซึ่งอาจเป็นผงหรือของเหลว และการผลิตชิ้นส่วนแบบ "จากล่างขึ้นบน" จากวัสดุขนาดนาโน หรือแบบ "จากบนลงล่าง" ในขั้นตอนที่เล็กที่สุดเพื่อให้ได้ความแม่นยำสูง ซึ่งใช้ในเทคโนโลยีหลายอย่าง เช่นการตัดด้วยเลเซอร์ การกัดเซาะและอื่นๆ การผลิตระดับนาโนแตกต่างจากการผลิตระดับโมเลกุลซึ่งเป็นการผลิตโครงสร้างขนาดนาโนที่ซับซ้อนโดยวิธีการสังเคราะห์เชิงกลที่ไม่ใช่ชีวภาพ (และการประกอบในภายหลัง) ^{[ 1 ]}

คำว่า "นาโนแมนูแฟคทอรี" ถูกใช้กันอย่างแพร่หลาย เช่น โดยแพลตฟอร์มเทคโนโลยี MINAM ของยุโรป ^{[ 2 ]}และโครงการริเริ่มนาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ ของสหรัฐอเมริกา (NNI) ^{[ 3 ]} NNI อ้างถึงสาขาย่อยของนาโนเทคโนโลยีว่าเป็นหนึ่งในห้า "พื้นที่สำคัญ" ^{[ 4 ]}นอกจากนี้ยังมีโครงการนาโนแมนูแฟคทอรีที่มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติของสหรัฐอเมริกาซึ่ง ได้มีการจัดตั้ง เครือข่ายนาโนแมนูแฟคทอรีแห่งชาติ (NNN)ขึ้น NNN เป็นองค์กรที่ทำงานเพื่อเร่งการเปลี่ยนผ่านของนาโนเทคโนโลยีจากการวิจัยในห้องปฏิบัติการไปสู่การผลิต และดำเนินการดังกล่าวผ่านการแลกเปลี่ยนข้อมูล^{[ 5 ]}การประชุมเชิงปฏิบัติการเชิงกลยุทธ์ และการพัฒนารูปแบบแผนงาน

NNI ได้กำหนดนิยามของนาโนเทคโนโลยีไว้อย่างกว้างขวาง^{[ 6 ]}โดยรวมถึงโครงสร้างขนาดเล็กจำนวนมาก รวมถึงโครงสร้างที่สร้างขึ้นโดยเครื่องมือขนาดใหญ่และไม่แม่นยำ อย่างไรก็ตาม การผลิตระดับนาโนไม่ได้ถูกนิยามไว้ในรายงานล่าสุดของ NNI เรื่องเครื่องมือวัดและการวัดสำหรับนาโนเทคโนโลยีในทางตรงกันข้ามการผลิตระดับนาโน ซึ่ง เป็น "พื้นที่สำคัญ" อีกด้านหนึ่ง ถูกนิยามว่า "ความสามารถในการผลิตโครงสร้างหรืออุปกรณ์ที่มีฟังก์ชันการทำงานในระดับอะตอมหรือโมเลกุล โดยวิธีการที่กำหนดทิศทางหรือการประกอบตัวเอง" (หน้า 67) การผลิตระดับนาโนดูเหมือนจะเป็นการผลิตวัตถุที่ใช้เทคโนโลยีนาโนในระดับอุตสาหกรรมในระยะใกล้ โดยเน้นที่ต้นทุนต่ำและความน่าเชื่อถือ สมาคมวิชาชีพหลายแห่งได้จัดตั้งกลุ่มเทคนิคด้านนาโนเทคโนโลยีขึ้น ตัวอย่างเช่น สมาคมวิศวกรการผลิตได้จัดตั้งกลุ่มเทคนิคการผลิตระดับนาโนขึ้นเพื่อแจ้งให้สมาชิกทราบถึงเทคโนโลยีที่กำลังพัฒนา และเพื่อแก้ไขปัญหาด้านองค์กรและกฎหมายทรัพย์สินทางปัญญาที่ต้องได้รับการแก้ไขเพื่อการนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ในวงกว้าง

ในปี 2557 สำนักงานตรวจสอบบัญชีของรัฐบาลระบุว่าความเป็นผู้นำของอเมริกาในด้านนาโนเทคโนโลยีตกอยู่ในความเสี่ยงเนื่องจากรัฐบาลล้มเหลวในการลงทุนเพื่อเตรียมการวิจัยพื้นฐานสำหรับการประยุกต์ใช้เชิงพาณิชย์^{[ 7 ]}

การตระหนักถึงการใช้งานและประโยชน์มากมายของระบบระดับนาโนในวัสดุในชีวิตประจำวัน อิเล็กทรอนิกส์ การแพทย์ การอนุรักษ์พลังงาน ความยั่งยืน และการขนส่ง ทำให้เกิดการวิจัยเพื่อพัฒนาเทคนิคการผลิตระบบนาโนเหล่านี้ในขนาดที่ใหญ่ขึ้นและในอัตราที่สูงขึ้น^{[ 8 ]} ปัจจุบัน โครงการและองค์กรต่างๆ เช่นNNIและNNNกำลังให้ทุนสนับสนุนการวิจัยเพื่อออกแบบเทคนิคการผลิตระดับนาโนในระดับอุตสาหกรรมที่ประหยัด ยั่งยืน และเชื่อถือได้^{[ 9 ] [ 10 ]}

ตัวอย่างของเทคโนโลยีดังกล่าวคือ ระบบการพิมพ์ออฟเซ็ตระดับนาโน (NanoOps) ซึ่งได้รับการพัฒนาโดยนักวิจัยที่ศูนย์การผลิตนาโนอัตราสูง (CHN) ในมหาวิทยาลัยนอร์ทอีสเทิร์น^{[ 11 ]} NanoOps เป็นรูปแบบการประกอบแบบกำหนดทิศทางซึ่งเร็วกว่าและประหยัดกว่าการพิมพ์ 3 มิติแบบดั้งเดิมของระบบนาโน Ahmed Busnaina หัวหน้าโครงการและปรากฏตัวในภาพยนตร์เรื่องFrom Lab to Fab: Pioneers in Nano-manufacturingอธิบายระบบนี้ว่าเป็นเครื่องพิมพ์ แม่แบบที่สลักด้วยลวดนาโนจะถูกจุ่มลงในสารละลายที่มีอนุภาคนาโนซึ่งทำหน้าที่เป็นหมึกสำหรับเครื่องพิมพ์^{[ 12 ]}อนุภาคนาโนจะยึดติดกับแม่แบบเมื่อมีการใช้ไฟฟ้ากับสารละลาย^{[ 11 ]}จากนั้นแม่แบบที่มีอนุภาคนาโนติดอยู่สามารถนำออกจากสารละลายและกดลงบนวัสดุใดก็ได้ตามต้องการ ตามที่ Busnaina กล่าว กระบวนการทั้งหมดมีต้นทุนเพียง 1% ของการผลิตแบบดั้งเดิมและสามารถลดเวลาการผลิตจากหลายวันเหลือเพียงไม่กี่นาที^{[ 11 ]}

ตัวอย่างประกอบอีกประการหนึ่งคือเทคนิคการผลิตแบบแทรกซึมแม่แบบอ่อนที่พัฒนาโดยNazanin Bassiri-Gharbที่Georgia Institute of Technologyนี่คือเทคนิคการผลิตระดับนาโนแบบจากล่างขึ้นบนสำหรับการสร้างท่อนาโนเฟอร์โรอิเล็กทริกและเพียโซอิเล็กทริก วิธีนี้ใช้การพิมพ์หินด้วยลำแสงอิเล็กตรอนเพื่อสร้างสุญญากาศบนสารละลายโซลเจลตั้งต้น จึงสร้างแม่แบบพอลิเมอร์ขึ้นมา ด้วยกระบวนการผลิตที่ปรับขนาดได้สูงและใช้งานได้จริงนี้ ผู้ใช้สามารถผลิตรูปแบบและรูปร่างที่กำหนดเองสำหรับการใช้งานต่างๆ มากมาย^{[ 13 ] [ 14 ]}

การผลิตระดับนาโนหมายถึง กระบวนการ ผลิตวัตถุหรือวัสดุที่มีขนาดระหว่างหนึ่งถึงหนึ่งร้อยนาโนเมตร [ ^{15 ] กระบวนการ}เหล่านี้ส่งผลให้เกิดนาโนเทคโนโลยีอุปกรณ์ โครงสร้าง คุณลักษณะ และระบบขนาดเล็กมาก ซึ่งมีการประยุกต์ใช้ในเคมีอินทรีย์ ชีววิทยาโมเลกุล วิศวกรรม การบิน และอวกาศฟิสิกส์และอื่นๆ^{[ 16 ]}การผลิตระดับนาโนช่วยให้สามารถสร้างวัสดุและผลิตภัณฑ์ใหม่ๆ ที่มีการประยุกต์ใช้ เช่น กระบวนการกำจัดวัสดุ การประกอบอุปกรณ์อุปกรณ์ทางการแพทย์การเคลือบไฟฟ้าสถิตและเส้นใยและลิโทกราฟี [ ^{16 ] การ}ผลิตระดับนาโนเป็นสาขาการผลิตที่ค่อนข้างใหม่ ซึ่งแสดงถึงทั้งสาขาวิทยาศาสตร์ใหม่และตลาดใหม่ การวิจัยในการผลิตระดับนาโนนั้นแตกต่างจากการผลิตแบบดั้งเดิมตรงที่ต้องอาศัยความพยายามร่วมกันข้ามขอบเขตทางวิศวกรรมทั่วไป เช่น การทำงานร่วมกันระหว่างวิศวกรเครื่องกลนักฟิสิกส์นักชีววิทยานักเคมีและ นัก วิทยาศาสตร์วัสดุ^{[ 16 ]}

โดยทั่วไปแล้ว การผลิตระดับนาโนสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภท ได้แก่ วิธีการจากบนลงล่าง และวิธีการจากล่างขึ้นบน

ในปี 2552 ผลิตภัณฑ์ของสหรัฐฯ ที่มีส่วนประกอบระดับนาโนมีมูลค่า 91 พันล้านดอลลาร์^{[ 17 ]}มากกว่า 60 ประเทศได้จัดตั้งโครงการที่เกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรมการผลิตระดับนาโนในระดับชาติระหว่างปี 2544 ถึง 2547 ^{[ 17 ]}เงินทุนสะสมตั้งแต่ปี 2543 สำหรับโครงการริเริ่มนาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ (NNI) มีมูลค่ามากกว่า 12 พันล้านดอลลาร์^{[ 17 ]}

จากมุมมองด้านความยั่งยืน การตกตะกอนชั้นอะตอม (ALD) เป็นเทคโนโลยีการผลิตระดับนาโนโดยใช้วิธีการผลิตแบบจากล่างขึ้นบนและการตกตะกอนไอสารเคมี (CVD) ^{[ 19 ]} ALD แทนที่ฟิล์มไดอิเล็กทริก SiO ₂ด้วยฟิล์มไดอิเล็กทริก Al ₂ O ₃ ^{[ 19 ]}อุตสาหกรรม ALD กำลังถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์และมีแนวโน้มที่ดีในเซลล์แสงอาทิตย์ เซลล์เชื้อเพลิง อุปกรณ์ทางการแพทย์ เซ็นเซอร์ และอุตสาหกรรมพอลิเมอร์^{[ 19 ]}เทคโนโลยีการผลิตระดับนาโนช่วยให้สามารถปรับปรุงบรรจุภัณฑ์อาหารได้^{[ 18 ]}ตัวอย่างเช่น การปรับปรุงคุณสมบัติการกั้นของวัสดุพลาสติกช่วยให้ลูกค้าสามารถระบุข้อมูลที่เกี่ยวข้องได้^{[ 18 ]}นอกจากนี้ยังมีเป้าหมายที่จะยืดอายุอาหารและทำให้อาหารปลอดภัยยิ่งขึ้นด้วยฟังก์ชันการซ่อมแซมตัวเอง^{[ 18 ]}ประสิทธิภาพของวัสดุก่อสร้างแบบดั้งเดิม เช่น เหล็กและคอนกรีต ดีขึ้นด้วยเทคโนโลยีนาโน การเสริมแรงคอนกรีตด้วยอนุภาคนาโนออกไซด์โลหะช่วยลดการซึมผ่านและเพิ่มความแข็งแรง^{[ 20 ]}คุณสมบัติของความแข็งแรงดึงสูงและโมดูลัสของยังของสารเติมแต่งนาโนคาร์บอน เช่น ท่อนาโนคาร์บอน (CNTs) และเส้นใยนาโนคาร์บอน (CNFs) ทำให้วัสดุมีความหนาแน่นมากขึ้นและมีรูพรุนน้อยลง^{[ 20 ]}

การเปลี่ยนผ่านของนาโนเทคโนโลยีจากการสาธิตในห้องปฏิบัติการไปสู่การผลิตในระดับอุตสาหกรรมนั้นมีอุปสรรคหลายประการ ซึ่งบางส่วนได้แก่:

• การพัฒนาเทคนิคการผลิตที่ประหยัดและให้ผลผลิตที่คุ้มค่า^{[ 9 ]}
• การควบคุมความแม่นยำของการประกอบโครงสร้างนาโน^{[ 9 ] [ 21 ]}
• การทดสอบความน่าเชื่อถือและการกำหนดวิธีการควบคุมข้อบกพร่อง ปัจจุบัน การควบคุมข้อบกพร่องในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ไม่ได้เลือกเฉพาะเจาะจงและใช้เวลา 20-25% ของเวลาการผลิตทั้งหมด การกำจัดข้อบกพร่องสำหรับระบบระดับนาโนคาดว่าจะใช้เวลานานขึ้นมาก เนื่องจากต้องกำจัดสิ่งเจือปนอย่างระมัดระวังและเลือกเฉพาะเจาะจง^{[ 21 ]}
• การรักษาคุณสมบัติระดับนาโนและคุณภาพของระบบนาโนในระหว่างการผลิตที่มีอัตราสูงและปริมาณมาก รวมถึงตลอดอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์หลังการผลิต^{[ 9 ] [ 21 ]}
• การประเมินผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อม จริยธรรม และสังคม^{[ 22 ]}