زمان ظهور نانوسرامیک‌ها را می‌توان دهه 90 میلادی دانست. در این زمان بود که با توجه به خواص بسیار مطلوب پودرهای نانوسرامیکی، توجهاتی به سمت آنها جلب شد، اما روشهای فرآوری آنها چندان آسان و مقرون به‌صرفه نبود. با پیدایش نانوتکنولوژی، نانوسرامیک‌ها هرچه بیشتر اهمیت خود را نشان دادند. در حقیقت نانوتکنولوژی با دیدگاهی که ارائه می‌کند، تحلیل بهتر پدیده‌ها و دست‌یافتن به روشهای بهتری برای تولید مواد را امکان‌پذیر می‌سازد.
شکل‌گرفتن علم و مهندسی نانو، منجر به درک بی‌سابقه اجزای اولیه پایه تمام اجسام فیزیکی و کنترل آنها شده‌است و این پدیده به‌زودی روشی را که اغلب اجسام توسط آنها طراحی و ساخته می‌شده‌اند، دگرگون می‌سازد. نانوتکنولوژی توانایی کار در سطح مولکولی و اتمی برای ایجاد ساختارهای بزرگ می‌باشد که ماهیت سازماندهی مولکولی جدیدی خواهندداشت و دارای خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی جدید و بهتری هستند. هدف، بهره‌برداری از این خواص با کنترل ساختارها و دستگاهها در سطوح اتمی، مولکولی و سوپرمولکولی و دستیابی به روش کارآمد ساخت و استفاده از این دستگاهها می‌باشد.
هدف دیگر، حفظ پایداری واسط‌ها و مجتمع‌نمودن نانوساختارها در مقیاس میکرونی و ماکروسکوپی می‌باشد. همیشه با استفاده از رفتارهای مشاهده‌شده در اندازه‌های بزرگ، نمی‌توان رفتارهای جدید در مقیاس نانو را پیش‌بینی کرد و تغییرات مهم رفتاری صرفا" به‌خاطر کاهش درجه بزرگی اتفاق نمی‌افتند، بلکه به دلیل پدیده‌های ذاتی و جدید آنها و تسلط‌یافتن در مقیاس نانو بر محدودیتهایی نظیر اندازه، پدیده‌های واسطه‌ا‌ی و مکانیک کوانتومی می‌باشند.
نانوسرامیک‌ها :
نانوسرامیک‌ها، سرامیک‌هایی هستند که در ساخت آنها از اجزای اولیه در مقیاس نانو (مانند نانوذرات، نانوتیوپ‌ها و نانولایه‌ها) استفاده شده‌باشد، که هرکدام از این اجزای اولیه، خود از اتمها و مولکولها بدست آمده‌اند. بعنوان مثال، نانوتیوپ یکی از اجزای اولیه‌ا‌ی است که ساختار اولیه کربن c60 را تشکیل می‌دهد. به‌طور کلی فلوچارت سازماندهی نانوسرامیک به شکل زیر می‌باشد :
بنابراین مسیر تکامل نانوسرامیک‌ها را می‌توان در سه مرحله خلاصه کرد :
مرحله 1 : سنتز اجرای اولیه
مرحله 2 : ساخت ساختارهای نانو با استفاده از این اجزاء و کنترل خواص
مرحله 3 : ساخت محصول نهایی با استفاده از نانوسرامیک بدست‌آمده از مرحله دوم
ویژگیها :
ویژگیهای نانوسرامیک‌ها را می‌توان از دو دیدگاه بررسی کرد. یکی ویژگی نانوساختارهای سرامیکی، و دیگری ویژگی محصولات بدست‌آمده است.
ویژگیهای نانوساختارهای سرامیکی :
کوچک، سبک، دارای خواص جدید، چندکارکردی، هوشمند و دارای سازماندهی مرتبه‌ا‌ی.
ویژگیهای محصولات نانوسرامیکی :
خواص مکانیکی بهتر: سختی و استحکام بالاتر و انعطاف‌پذیری که ویژگی منحصربه‌فردی برای سرامیک‌هاست.
داشتن نسبت سطح به حجم بالا که باعث کنترل دقیق بر سطح می‌شود.
دمای زینتر پایین‌تر که باعث تولید اقتصادی و کاهش هزینه‌ها می‌گردد.
خواص الکتریکی، مغناطیسی و نوری مطلوب‌تر: قابلیت ابررسانایی در دماهای بالاتر و قابلیت عبور نور بهتر.
خواص بایویی بهتر (سازگار با بدن).
کاربردها :
نانوتکنولوژی باعث ایجاد تحول چشمگیری در صنعت سرامیک گشته‌است. در این میان نانوسرامیک‌ها، خود باعث ایجاد تحول عظیمی در تکنولوژی‌های امروزی مانند الکترونیک، کامپیوتر، ارتباطات، صنایع حمل‌ونقل، صنایع هواپیمایی و نظامی و … خواهندشد. برخی کاربردهای حال و آینده نانوسرامیک‌ها در جدول زیر آمده‌است.آینده حال زمان نانوساختارها
نانوروکش‌های چندکارکردی رنگ‌دانه‌ها پولیش‌های مکانیکی-شیمیایی حایل‌های حرارتی حایل‌های اپتیکی (UV و قابل رؤیت) تقویت Imaging مواد جوهرافشان دوغاب‌های روکش ساینده لایه‌های ضبط اطلاعات پوشش‌ها و دیسپرژن‌ها
سنسورهای ویژه مولکولی ذخیره انرژی
(پیل‌های خورشیدی و باطری‌ها) غربال‌های مولکولی مواد جاذب و غیرجاذب داروسازی کاتالیست‌های ویژه پرکننده‌ها سرامیک‌های دارای سطح ویژه بالا
نوارهای ضبط مغناطیسی قطعات اتومبیل فعال‌کننده‌های پیزوالکتریک نیمه‌هادی‌ها لیزرهای کم‌ پارازیت نانوتیوپها برای صفحه نمایشهای وضوح بالا هدهای ضبط GMR
نانوابزارهای عملگر
شکل‌دهی سوپرپلاستیک سرامیکها مواد ساختاری فوق‌العاده سخت و مستحکم سرماسازهای مغناطیسی سیمان‌های انعطاف‌پذیر مواد مغناطیسی نرم با اتلاف کم ابزارهای برش WC/Co با سختی بالا سیمان‌های نانوکامپوزیت سرامیک‌های تقویت‌شده
«الگوریتم ها» و «تراشه» های کوانتومی
محاسبات کوانتومی یک زمینه جدید و امیدوارکننده با قابلیت بالقوه بالای محاسباتی است، اگر در مقیاس بزرگ ساخته شود. چندین چالش عمده در ساخت رایانه کوانتومی بزرگ مقیاس، وجود دارد: بررسی و تصدیق محاسبات و معماری سیستم آن.
قدرت محاسبات کوانتومی در قابلیت ذخیره‌سازی یک حالت پیچیده در قالب یک "بیت" ساده نهفته است.
روش‌های نوینی به منظور ساخت مدارهای منطقی سطح پائین، سوئیچ‌کننده‌ها، سیم‌ها، دروازه‌های اطلاعاتی، تحت پژوهش و توسعه قرار گرفته‌اند که کاملاً متفاوت از تکنیک‌های حاضرند و به طور عمیقی ساخت مدارهای منطقی پیشرفته‌ را تحت تأثیر قرار می‌دهند. از برخی از دیدگاه‌ها، در آینده‌ای نزدیک، در حدود 20 سال آینده، طراحان مدارهای منطقی ممکن است به مدارهائی دسترسی پیدا کنند که یک بیلیون بار از مدارهای حال حاضر سریعترند.
مسائلی نظیر طراحی، بکارگیری،‌ تعمیر و نگهداری و کنترل این ابرسیستم‌ها به گونه‌ای که پیچیدگی بیشتر به کارآئی بالاتری منتهی شود، زمانی که سیستم‌های منطقی شامل 107، سوئیچ باشد،مهم است. به سختی ممکن است که آنها را به طور کامل و بی‌نقص،‌ بسازیم، بنابر این رسیدگی و اصلاح عملگرهای شامل بررسی هزاران منبع خواهد بود. از این رو طراحی یک سیستم با فضای حداقل، حداقل هزینه در زمان و منابع، یک ارزش است. چنین سیستمی می‌تواند در قالب "توزیع یافته"، "موازی" ویا در یک چهارچوب "سلسله مراتبی" قرار گیرد.
سخت‌افزارها و مدارهای منطقی راه درازی را پیموده‌اند. ترانزیستورهای استفاده شده در یک مدار ساده CPU چندین میلیون بار کوچکتر از ترانزیستور اصلی ساخته شده درسال 1947 است. اگر یک ترانزیستور حال حاضر با تکنولوژی 1947 ساخته شود نیازمند یک کیلومتر مربع سطح می‌باشد (قانون مور)، در حالی که در 10 الی 20 سال آینده تکنولوژی موفق به گشودن راهی جهت تولید مدارهای منطقی 3 بعدی خواهد شد.
در این میان، چندین پرسش سخت و پژوهشی که در آکادمی‌ها وصنعت به آن پرداخته می‌شود وجود دارد:
گرفتن پیچیدگی‌ها در تحلیل روش‌های تولید SWITCH ،در روش‌های متولد شده به منظور مدل‌سازی چگونگی کارآئی آنها، در مدارهای منطقی مورد نیاز مهندسان، و امتیازات روش‌های نوین فناورانه بر روش های کلاسیک.
لحاظ کردن ملاحظاتی مبنی بر تعداد سوئیچ‌ها در واحد سطح و حجم در درون ابزار (گنجایش)، تعداد نهائی سوئیچ‌ها در درون ابزار (حجم)، شرایط حدی عملگرها، سرعت عملگرها، توان مورد نیاز، هزینه تولید و قابلیت اعتماد به تولید و دوره زمانی چرخه عمر آن.
پاسخ این تحلیل ها جهت پژوهش‌ها را به سمت روش‌های بهتر تولید سوییچ، هدایت خواهد کرد. ودر نهایت یافتن این که چگونه یک روش ویژه در بهترین شکلش مورد استفاده قرار خواهد گرفت و نیز تحلیل و تباین روش‌های مختلف تولید.
حرکت به سمت طراحی ظرفیت ابزار، جهت استفاده مؤثر از 1017 ترانزیستور یا سوئیچ است. چنین طراحی‌هائی در مقیاس‌های مطلوب ، حتی بی‌شباهت در مقایسه با افزایش ظرفیت ابزارها خواهد بود.
طراحی‌های قویتر و ابزارهای بررسی قوی‌تر به منظور طراحی "مدارهای منطقی" با چندین مرتبه مغناطیسی بزرگتر و پیچیده‌تر.
طراحی پروسه‌های انعطاف‌پذیرتر جهت مسیر تولید از مرحله طراحی منطقی،‌ آزمایش و بررسی، تا بکارگیری در سخت‌افزار.
پروسه‌ها می‌بایستی به قدری انعطاف‌پذیر باشند که:
الف) توسعه اشتراکی درطراحی، آزمایش و ساخت ،به گونه‌ای که هیچ یک از این گام‌ها تثبیت شده نباشد.
ب) توسعه طراحی، و بررسی به منظور کاوش یک روش نوین ساخت با هدف تقویت نقاط قوت و کم کردن نقاط ضعف .هر نوع از سیستم نانویی که توسط طراحان ساخته می‌شود می‌بایستی صحت عملکرد آن تضمین شود.
شاخص مقیاس حقیقی و لایه‌های افزوده شده نامعین در سیستم‌های نانوئی،‌ نیازمند انقلاب در طراحی سیستم‌ها و الگوریتم‌ها است. روش‌هائی که در زیر معرفی می‌شود، الگوریتم‌هائی هستند که به صورت بالقوه قادرند مسأله پیچیدگی محاسبات را کاهش دهند.
1) بررسی مقیاسی سیستم‌های نانوئی:
مانع بزرگی به نام« بررسی چند میلیون ابزار نانومقیاس»، نیاز به روش‌های انقلابی به منظور بررسی سیستم‌هائی که ذاتاً بزرگتر، پیچیده‌تر و دارای درجات نامعینی پیچیده‌تری هستند، را روشن می‌کند. در ابتدا مروری کوتاه خواهیم داشت بر ضرورت "آزمایش مدل."[1]
آزمایش مدل از روش‌های پذیرفته شده و رسمی در حوزه بررسی روش‌های ساخت است. این حوزه شامل کاوش فضای طراحی است به منظور دیدن این نکته که خواص مطلوب در مدل طراحی شده حفظ شده باشد، به گونه ای که اگر یکی ازاین خواص، مختل شده باشد،‌ یک""Counter Example تولید شود. Model Checking Symbolic بر مبنای [2]ROBDDها یک نمونه از این روش‌ها است.
بهرحال، BDDها به منظور حل مسائل ناشی از خطای حافظه بکار گرفته می‌شوند و برای مدارات بزرگتر با تعداد حالات بزرگتر و متغیرتر مقیاس پذیر نمی‌باشند.
دو روش عمده برای حل این مسأله وجود دارد:
یک روش حل مبتنی بر محدود کردن آزمایش کننده مدل[3] به یک مدار unbounded، است که به نام "unbounded model checking" یا UMC نامیده می‌شود،‌ به گونه‌ای که خواص آزمایش شده به تعداد دلخواه از Time-Frame" "ها وابستگی ندارد.
روش دیگر مبتنی بر مدل "مدار محدود[4]" استوار است که به نام[5] BMC نامیده می‌شود در این روش بررسی مدل با تعداد ویژه و محدودی از Time-Frame" "ها صورت می‌گیرد.
ابتدا در مورد فرمولاسیون UMC که مبتنی بر "رسیدن به سرعت در مراتب مغناطیسی" است و به وسیله تکنیک‌های مقیاس پذیر"BMC" پیروی می‌شود،‌ بحث می‌کنیم و بالاخره این که چهارچوبی را برای بررسی و لحاظ کردن درجات نامعینی به سیستم، معرفی می‌کنیم.
2- "UMC" مقیاس‌پذیر:
مزیت"UMC" بر "BMC" در کامل بودن آن است. روش "UMC" می‌تواند خواص مدل را همانگونه که هست لحاظ کند زیرا این روش مبتنی بر قابلیت آزمایش به کمک نقاط ثابت است. عیب این روش در این است که""ROBDD کاملاً به مرتبه متغیرها حساس است. ابعاد BDD می‌تواند غیرمنطقی باشد اگر مرتبه متغیرها بد انتخاب شود. در پاره‌ای از موارد (نظیر یک واحد" ضرب") هیچ مرتبه متغیری به منظور رسیدن به یک ROBDD کامل که نمایشگر عملکرد مدار باشد،‌ وجود ندارد. به علاوه، برای خیلی از شواهد مسأله،‌ حتی اگر ROBDD برای روابط انتقال ساخته شود،‌ حافظه می‌تواند هنوز در خلال عمل کمیت‌گذاری، بترکد.
پژوهش‌های اخیر بر بهبود الگوریتم‌های BDD جهت کاهش انفجار حافظه استوار و استفاده از خلاصه نگاری و تکنیک‌های کاهش، جهت کاهش اندازه مدل، تمرکز یافته‌اند.
"SAT Solver"ها ضمیمه BDD ها می‌شوند. روابط انتقال یک سیستم در قالب K، Time-Frame"" باز می‌شود. "SAT" هابه ابعاد مسأله کمتر حساسند. اما به هر حال، SATها دارای یک محدودیت هستند و آن این که خواص یک مدار را با تعداد محدودی (K)، می‌سنجند.
اگر هیچ Countervecample در K، Time-Frame یافت نشد، هیچ تضمینی برای همگرائی حل مسأله وجود ندارد.
BMC"" در مقایسه با UMC"" مبتنی بر"BDD" ،کامل نمی‌باشد. این روش می‌تواند فقط "Counter Example"ها را بیابد و قادر به محاسبه خواص نمی‌باشد مگر آن که یک حد بر روی حداکثر اندازه Counter Example"" تعیین شود.
روشی برای ترکیب SAT-Solver و BDD به صورت فرمول CNF به کار گرفته شده است.