|
Новые методы получения функциональных материалов для наноэлектроники, нанобиологии и зондовой микроскопии
Статьи
→
Нанотехнологии
Новые методы получения функциональных материалов для наноэлектроники, нанобиологии и зондовой микроскопии
О.С. Малиновская
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
Введение
Согласно эмпирическому закону Мура – количество
транзисторов на кристалле удваивается каждые полтора-два года, что
является естественным результатом развития нанотехнологии. Основу
наноэлектроники составляют те же самые элементы, что и в
микроэлектронике – транзисторы, но с нанометровым размером. Благодаря
уникальным физическим свойствам и структурным особенностям углеродные
нанотрубки в данном случае являются идеальными претендентами на роль
элементов для электронных схем.
То же происходит в биологии и медицине.
Получение новых наноматериалов позволяет создавать системы фильтрации и
опреснения воды, а также фильтры для очистки газов и воздуха. Благодаря
большой плотности нанотрубок на единицу площади подобные фильтры
намного быстрее и эффективнее проводят очистку жидкостей по сравнению с
распространенными сейчас поликарбонатными фильтрами.
Углеродные нанотрубки - протяжённые
цилиндрические структуры из атомов углерода диаметром от одного до
нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких микрон. Они
обладают особой прочностью и упругостью. При использовании определенных
методов получения нанотрубок они получаются малодефектными, с заранее
заданной структурой и направлением роста.
Методы получения
Был разработан и запатентован новый способ
получения нанотрубок – метод омического нагревания графитовой бумаги
[1]. В этом методе для получения углеродных нанотрубок сначала на
графитовую бумагу наносят силикагель, содержащий катализаторы (Ni, Co и
Fe). Затем бумагу помещают в вакуумную установку и нагревают до 700 oС.
Также использовался ранее разработанный метод
магнетронного напыления углеродных плёнок с нанотрубками [2]. Их
напыляют в вакуумной камере, используя метод магнетронного напыления
при постоянном токе. При этом процесс напыления проводят при давлении
инертного газа в камере (1-5) · 10-2 Торр и силе постоянного
тока питания мишени 40 – 100 мА. В качестве мишени используется графит
с катализаторами Y, Ni, Co. Данные параметры являются оптимальными.
Выход за их пределы снижает коэффициент распыления материала графитовой
мишени и уменьшает производительность процесса.
Полученные образцы изучались методами сканирующей туннельной (СТМ), атомно-силовой (АСМ), растровой электронной (РЭМ) и просвечивающей электронной (ПЭМ) микроскопии.Y- и V-образные нанотрубки. Исследования методом СТМ проводились на нанотехнологическом комплексе «Умка» [3, 4]. Сканирование
проводилось при непосредственном помещении образца в блок сканирования
без дополнительных обработок. Ток сканирования I = 0,5 nA, а напряжение
U = 0,5 V. Методом токового отжига графитовой бумаги с
использованием наночастиц железа в качестве катализатора были получены
Y-образные (рис. 1а) и V-образные (рис. 1б) нанотрубки.
Рис. 1. ЗБ-СТМ-изображение а) Y-образной нанотрубки (размер изображения 0,6 * 0,6 мкм), б) V-образной нанотрубки (размер изображения 2 * 2 мкм).
X-образные нанотрубки и нанотрубки с нанопочками
Образцы, полученные методом магнетронного
напыления, исследовались методами ПЭМ. Исследования проводились на
микроскопах LEO 912 AB OMEGA и JEM – 2000 EXII. По результатам
исследования можно сделать вывод, что углеродная пленка на поверхности
золота на слюде содержит нанотрубки различной формы. Например, были
обнаружены Х-образные многослойные нанотрубки длиной ~ 1,7 мкм (рис.
2а). А также углеродные нанотрубки покрытые фуллеренами или половинками
фуллеренов, так называемыми «нанопочками» (рис. 2б). Нанопочки могут быть полыми или
заполнены материалом. В полученных образцах некоторые нанопочки были
заполнены частицами катализатора – Y.
Рис. 2. ПЭМ-изображение а) Х-образной многослойной нанотрубки, б) нанотрубок с «нанопочками».
Вертикально-ориентированные нанотрубки и зонды с нанотрубками
Наиболее интересные результаты исследования на растровом микроскопе были получены на образцах пористого кремния
подвергавшихся магнетронному напылению. Исследования проводились на
микроскопе FEI Quanta 200 3D. Поверхность образцов оказалась покрыта
ровным слоем вертикально ориентированных к подложке нанотрубок толщиной
~1,6 мкм (рис. 3). Диаметр нанотрубок 50-60 нм.
Рис. 3. РЭМ-изображение нанотрубок вертикально ориентированных к подложке из пористого
Так же метод магнетронного напыления
использовался для получения углеродной нанотрубки на кончике зонда для
использования в зондовой микроскопии для прецезионного сканирования
(рис. 4а). В качестве заготовок зондов использовалась платино-иридиевая
проволока. Сканирование на зондовом микроскопе показало, что зонды с
нанотрубками позволяют получать изображение с атомарным разрешением
(рис. 4б) даже при сканировании в воздушной среде. Кроме того, подобные
зонды отличаются прочностью, малодефектностью и износостойкостью.
Рис. 4. а) РЭМ-изображение зонда с углеродной
нанотрубкой, б) изображение высоко-ориентированного пиролитического
графита, полученное на зондовом микроскопе с использованием зонда с
нанотрубкой.
Применение
Основным потенциалом использования нанотрубок в
наноэлектронике является возможность создания субмикронных элементов
для электронных схем - нанотранзисторов, нанодиодов, нанокатодов.
Впрочем, работа этих элементов отлична от работы аналогичных элементов
в микроэлектронике. По мере приближения размеров твердотельных структур
к нанометровой области все больше проявляются квантовые свойства
электрона. В его поведении преобладающими становятся волновые
закономерности, характерные для квантовых частиц. С одной стороны, это
приводит к нарушению работоспособности классических транзисторов,
использующих закономерности поведения электрона как классической
частицы, а с другой – открывает перспективы создания новых уникальных переключающих, запоминающих и усиливающих элементов для информационных систем.
Углеродные нанотрубки с «нанопочками» обладают
большей площадью поверхности и большим количеством точек – источников
эмиссии электронов. Поэтому на их основе могут быть созданы новые типы
экранов. Зерно изображения при этом получается крайне малым, что
обеспечивает непревзойденную четкость изображения. Появление нанопочки
на поверхности углеродной нанотрубки изменяет электронные свойства трубки в данной области,
что может быть использовано в различных приложениях, таких как
квантовые точки и устройства памяти терабитного диапазона на их основе.
Прозрачные проводящие поверхности из нанотрубок
так же пригодятся для создания антенн, волноводов и замедляющих
структур. Замедление волн поверхностью применяется в электронике для
достижения взаимодействия с электронным потоком.
Другими продуктами наноэлектроники из нанотрубок
могут стать топливные элементы и энергоустановки на их основе. В
настоящее время в топливных элементах используются электрокатализаторы
(металлы платиновой группы) на углеродных носителях, но нанотрубки
являются наиболее эффективным видом носителей катализаторов для данных
задач.
Для создания фильтров на основе нанотрубок
наиболее пригодны нанотрубки вертикально ориентированные к подложке.
Благодаря большой плотности нанопор на единицу площади подобный фильтр
намного быстрее проводит очистку жидкостей. Это позволяет создавать на
основе наномембраны системы фильтрации и опреснения воды, а также
фильтры для очистки газов и воздуха. По сравнению с поликарбонатными
фильтрами, нанотрубки характеризуются и меньшим пределом пропускаемых
частиц.
Зонды с нанотрубками применяются как для
прецезионного сканирования, так и для нанолитографии. Кроме того,
особоострые зонды найдут свое применение в начинающей развиваться новой
области зондовой микроскопии – спектрометрии для
туннельно-спектроскопических измерений.
Заключение
Описанные методы получения углеродных нанотрубок
обеспечивают быстрое и малозатратное получение практически любых видов
нанотрубок с заранее заданными свойствами. Получаемые нанотрубки
наиболее пригодны для использования в наноэлектронике, нанобиологии,
зондовой микроскопии и других новых областях науки и техники.
Список литературы
1. С.В. Антоненко, О.С. Малиновская, С.Н. Мальцев Патент № 2294892 приоритет от 11.07.2005, бюл. № 7, 10.03.2007, c. 5.
2. С.В. Антоненко, О.С. Малиновская, С.Н. Мальцев «ПТЭ» », 2007, т. 50, № 4, с. 543 - 544.
3. С.В. Антоненко, О.С. Малиновская, С.Н. Мальцев «ЖЭТФ», 2007, т. 132, № 1, с. 227 – 229.
4. С.В. Антоненко, О.С. Малиновская, С.Н. Мальцев «Нанотехника», 2007, № 3 (11), с. 8-14.
Ссылки
06.02.2009
Комментарии
Добавить комментарий (анонимные комментарии не публикуются!!!)
Новости и пресс-релизы СМ-Консалт
21.02.2012 12:42:20 Новая статья: IT и психология. Человеческий фактор в парном программировании: почему многие не получают желаемого от его внедрения?
Статья, находящаяся перед вами, открывает цикл статей о человеческом
факторе, Agile-практиках и других полезных приемах, используемых при
управлении командами в ИТ. Объединяет рассматриваемые практики и приемы
одно – они позволяют проявиться положительным эффектам, связанным с
человеческим фактором. И мы объясняем, почему с точки зрения психологии,
это происходит. Так сказать, подводим теоретическую и экспериментальную
базу под то, что себя уже давно зарекомендовало и работает. Или под то,
что работает не у всех, и потому является предметом оживленных споров и
дискуссий. И начинаем мы наши исследования с рассмотрения эффекта
парного программирования через призму экспериментов социальной
психологии.
Отдельную благодарность за рецензию и время, потраченное на прочтение
первого варианта статьи, выражаем Асхату Уразбаеву,
ценные замечания которого позволили не только улучшить данную статью,
но и позволили убедиться в необходимости и востребованности именно цикла
статей!
Читать -->
27.12.2011 16:15:27 Компания "СМ-Консалт" получила отзыв о работах в Федеральной Налоговой Службе (ГНИВЦ ФНС)
Специалистами ООО «СМ-Консалт» в 2010-2011г. был выполнен проект
по настройке и внедрению системы управления жизненным циклом разработки
программных систем в части управления изменениями и конфигурациями на
основе Microsoft Visual Studio Team Foundation Server 2010 для
Филиала Федерального государственного унитарного предприятия «Главный
научно-исследовательский вычислительный центр Федеральной налоговой
службы» в Приволжском Федеральном округе (Филиал ФГУП ГНИВЦ ФНС России в
ПФО).
28.11.2011 15:05:11 Новая статья: "Всегда ли «Да» – это «Да»? Или как нас вынуждают принимать решения"
Мы предлагаем вашему вниманию цикл статей, в основу которых положены
психологические практики и приемы, позволяющие влиять на решения,
принимаемые людьми. Эта идея была логическим продолжением ряда
выступлений с докладами о коммуникациях в проектах разработки и
внедрения ПО. Давайте, не откладывая в долгий ящик, начнем с самого
простого приема убеждения, с которым сталкиваемся ежедневно в магазинах,
в транспорте, в разговорах с коллегами… да мало ли где еще!
Авторы: Новичков Александр и Карабанова Галина.
Читать -->
10.10.2011 11:16:06 Компания «СМ-Консалт» открывает новое направление продаж - ПО Adobe Connect
Программное обеспечение Adobe Connect является гибкой системой
web-коммуникации с высоким уровнем информационной безопасности. Adobe
Connect предоставляет такие важнейшие функции корпоративного
взаимодействия, как деловое общение и совместная работа сотрудников на
уровне предприятий, дистанционное обучение, организация широкомасштабных
сетевых семинаров и презентаций. Система Adobe Connect базируется на
технологии Adobe Flash, а также Air, и поэтому позволяет подключать
сотрудников к единому пространству взаимодействия через web-браузер с
любых устройств.
17.09.2011 21:40:22 Новая статья: "Разработка прикладного программного обеспечения с использованием Rational Unified Process на Иркутском Авиационном заводе"

На сайте СМ-Консалт открыт новый раздел Статьи наших заказчиков об успешных внедрениях IBM Rational и Microsoft. Статьи для данного раздела пишутся нашими заказчиками и рассказывают о сути проектов внедрения технологий IBM и Microsoft. Первая статья, представленная вашему вниманию написана сотрудниками Иркутского Авиационного Завода (ИАЗ).
Иркутский авиазавод имеет длительный опыт разработки программного
обеспечения для информационной поддержки ключевых бизнес-процессов
предприятия. Однако, в связи с увеличивающейся сложностью и повышением
требований к разрабатываемому программному обеспечению, возникла
настоятельная необходимость усовершенствовать процесс разработки:
повысить качество разрабатываемых программных продуктов,
стандартизировать процесс с увеличением его эффективности.
С целью повышения качества программного обеспечения собственной
разработки и сокращения сроков разработки руководство Управления
информационных технологий (УИТ) Иркутского Авиационного Завода в 2006г. приняло решение о внедрении технологии разработки ПО на базе методологии Rational Unified Process и с использованием инструментов автоматизации IBM Rational.
13.09.2011 12:07:29 Новый тренинг «Коммуникации и психология межличностных отношений в ИТ-проектах»

Компания «СМ-Консалт» представляет новый тренинг, организуемый совместно с компанией «КарьерKаб» - «Коммуникации
и психология межличностных отношений в ИТ-проектах.
Тренинг позволит понять, насколько коммуникации в проектах важнее инструментов, что люди и их взаимоотношения зачастую оказываются решающим фактором, определяющим успех проекта. Если более пятидесяти процентов рабочего времени вы тратите на взаимодействие с заказчиком, если вам небезразлична судьба вашей команды и вы хотите, чтобы ваша команда работала как часы, реализуя проекты точно, вовремя и без перерасхода ресурсов - наш тренинг поможет в этом.
01.08.2011 17:44:25 Наша компания получила отзыв о сотрудничестве с ОАО «Нордеа Банк»

В 2010-2011 гг. наши специалисты провели в Нордеа Банке проект по предварительному обследованию, развертыванию инструментальных средств и ряд тренингов по обучению методологии и работе с продуктами IBM Rational: «Методология разработки программных систем IBM Rational Unified Process», «Управление требованиями с использованием IBM Rational RequisitePro», «Управление изменениями в IBM Rational ClearQuest».
24.06.2011 01:27:57 Бесплатный семинар-вебинар «Повышение эффективности IT подразделений и качества разрабатываемого ПО с использованием современных методологий и технологий»
Компании СМ-Консалт , Legal SoftWaveTM и DNA приглашают Вас посетить бесплатный семинар-вебинар, посвященный обзору технологий и методологий, которые позволяют повысить эффективность ИТ подразделений. На семинаре рассматриваются технологии IBM Rational, Microsoft TFS, а также системы аналитической обработки информации (Business Intelligence) (IBM SPSS, Deductor, QlikView и другие).
Планируемая продолжительность семинара - 8 академических часов.
Место проведения: Санкт-Петербург (очно) и Интернет (для всех желающих: приходите сами и приглашайте друзей!).
Дата и время: 14 июля 2011 в 9 00.
ВНИМАНИЕ: если вы не сможете очно приехать на семинар - это не страшно, так как семинар будет транслироваться через интернет в формате вебинара и к нему, после регистрации, смогут присоединиться все желающие. Трансляция будет осуществляться посредством технологии Adobe Connect Pro , это позволит Вам присоединяться к конференции без установки дополнительного ПО - только интернет браузер.
Смотреть программу -->
07.06.2011 13:02:44 Компания "СМ-Консалт" провела серию успешных семинаров для ГНИВЦ ФНС России

Проведенные семинары были посвящены средствам разработки и тестирования программного обеспечения компании Майкрософт для сотрудников ГНИВЦ ФНС России. Слушатели семинаров отметили высокую квалификацию тренеров компании "СМ-Консалт" по организации учебного процесса и повышению квалификации специалистов, прошедших обучение.
Индивидуальный подход при решении любых вопросов, возникающих в процессе обучения, оперативность принятия решений, гарантированное выполнение взятых на себя обязательств и профессионализм позволили провести обучение на самом высоком уровне.
07.12.2010 12:28:15 Мы идем в Твиттер!

Наша компания открыла аккаунт в системе микроблоггинга Twiter.Теперь все официальные и неофициальные новости будут появляться в нашей ленте в Twitter.
Там же возможно будет задать прямые вопросы специалистам СМ-Консалт, по всем вопросам, связанным как с деятельностью компании, так и с техническими аспектов продуктов IBM и собственных решений СМ-Консалт.
Следуйте за нами!
https://twitter.com/cmconscom
11.11.2010 14:14:14 Осенний марафон Microsoft ALM Road Show
Компания СМ-Консалт совместно с образовательным центром Careerlab провели серию семинаров в рамках мероприятий ALM Roadshow 2.0 в крупнейших городах, расположенных на Волге, – крупных научных центрах, в которых ИТ технологии находятся на высоком уровне. Семинары прошли в Самаре, Нижнем Новгороде и Казани. Cеминары были посвящены использованию новых инструментов MS Visual Studio Team System в проектах разработки ПО.
В семинарах принимали участие представители различных ролей процесса разработки ПО: от разработчиков до руководителей предприятий различного уровня. Темы, обсуждаемые в ходе семинара, вызвали большой интерес аудитории и немалое количество вопросов, на которые были предоставлены исчерпывающие ответы. В процессе семинара также было показано большое количество примеров, которые дают представление о возможностях инструментов MS Team System. Средняя оценка за семинар составила 4,6 балла по пятибальной шкале
08.09.2010 18:37:52 Скидки до 30% на программное обеспечение IBM Rational

Компания СМ-Консалт предлагает для всех желающих на льготных условиях приобрести программное обеспечение IBM Rational. Снижение цен связано с тем, что мы стараемся быть как можно ближе к нашим клиентам, многие из которых постепенно начали преодолевать последствия финансового кризиса.Наше предложение поможет с минимальными издержками приобрести ПО IBM Rational, что является хорошим капиталовложением.
Скидки до 1 декабря 2010 года:
- 20% скидки при покупке IBM Rational ClearCase, ClearQuest, CearCase LT, при приобретении пяти и более лицензий*;
- 30% скидки при покупке пяти любых продуктов IBM Rational + решение или тренинг СМ-Консалт*.
Для получения деталей обязательно свяжитесь с нашими менеджерами
|