Сурет 1.8 - Мыс дәндерінің мөлшерінің азаюымен бірге Холл-Петча қатынасынан аққыштық шегінің ауытқуы
МЕТОДЫ ПРОИЗВОДСТВА НАНОМАТЕРИАЛОВ
Классификация методов получения наноматериалов
Для получения паноматериалов с конкретными требуемыми свойствами необходимо иметь возможность строго контролировать размер, форму, структуру, состав и чистоту их составляющих.
Совокупность методов производства наноструктур можно разделить на две большие категории. Технологии «сверху-вниз» сводятся к миниатюризации или уменьшению в размере (например, при помощи размола или травления) более крупных структур. Часто используются литографические способы нанесения рисунка на объемные материалы для придания им желаемой структуры на наномасштабе.
Технологии «снизу-вверх» основаны на использовании процессов роста и самосборки при получении наноструктур из атомных или молекулярных прекурсоров.
Важнейшей задачей является создание технологий, реализующих смешанный подход, а также разработка методов производства сложных материалов с возможностью тонкого управления структурой таких материалов на разных масштабах — от молекулярных до макроскопических.
По существу, важнейшим моментом при разработке любого метода производства наноструктур является возможность одновременного контроля над их пространственными размерами, морфологией, химическим составом и однородностью.
Наноматериалы, аналогичные по размеру и составу элементов, но полученные в результате различных сценариев производства, могут
обладать различной внутренней структурой, что окажет влияние и на их свойства. В таблице 2.1 приведена классификация наноматсриалов по
Кесте 2.1 - Наноматериалдардың классификациясы
Химический состав и распределение компонентов
Метод производства
наноматерналов
Физическое осаждение
Испарение (термическое или
Наиболее распространенные и перспективные на данный момент методы производства наноструктур представлены в таблице 2.2.
Таблица 2.2 - Наиболее распространенные и наиболее перспективные методы производства наноматериалов
Принцип действия или
описание
Частицы паровой фазы, образованной посредством испарения, распыления или лазерной абляции исходного материала в высоком вакууме, осаждаются на подложке, образуя нано- материал
Примечание
Осаждение под косым углом (OAD) использование высококолли- мированного пара позволяет производить тонкие пленки с желаемой морфологией на наномасштабе
Осаждение в присутствии пучка ионов высокой
Глейтеру.
электронно-лучевое) Распыление Лазерная абляция
|
|
энергии (IBAD): сочетание ионной имплан-тации с PVD- техноло-гией
|
Химическое осаждение из паровой фазы
|
Подложка подвергается воздействию одного или нескольких летучих материалов-прекурсоров, которые реагируют или распадаются на ее поверхности вследствие теплового, лазерного или плазменного возбуждения
|
Разновидности: CVD при атмосферном давлении (APCVD); CVD при низком давлении (LPCVD); CVD в условиях сверхвысокого вакуума (UHVCVD); CVD-процесс, активированный микроволновой плазмой (MPCVD); CVD-процесс, усиленный плазмой (PECVD); CVD-процесс, усиленный непрямой плазмой (RPECVD); CVD с участием аэрозоля (AACVD); CVD с прямой инжекцией жидкости (DLICVD); металлорганическое CVD-осаждение (MOCVD); быстродействующее термическое CVD- осаждение (RTCVD); каталитичес-кое CVD- осаждение (Cat-CVD); HWCVD, HFCVD (CVD- осаждение с горячей нитью)
|
; Атомно-слоевое
!
осаждение
|
Попеременная подача газо- и парообразных веществ-прекурсоров к поверхности подложки и их последующая хемосорбция или вступление в поверхностные реакции
|
Саморегулирующийся метод осаждения тонких пленок из газовых прекурсоров, обеспечивающий выращивание конформных тонких пленок точной требуемой толщины на относительно больших площадях
|
Молекулярно-лучевая
|
Составляющие буду-
|
Получение сверхтонких
|
эпитаксия
|
щую пленку материалы направляются на нагреваемую крисс- таллическую подложку в виде молекулярных лучей, образуя тонкие эпитаксиальные слои
|
пленок в виде высококачественных эпитаксиальных слоев с крайне четко выраженными интерфейсами и высокой степенью контроля над толщиной, легированием и составом таких пленок
|
Нанолитография: Фотолитография Рентгеновская литография Фотолитография в 1 глубоком ульграфиолете
Электронно-лучевая
литография
Ионно-лучевая
литография
|
Выборочное удаление участков тонкой пленки, выращенной на поверхности подложки, посредством использования света для переноса геометрического рисунка с фотомаски на слой фоторезиста на подложке
Рисунок наносится на поверхность электронным пучком Рисунок наносится на поверхность фокусированным ионным пучком
|
Родственные методы: электроннолучевая проекционная литография (SCALEL), проекционная литография с использованием иммерсионных линз с переменной осью (PREVAIL), цифровая литография
|
Нанопечатная
литография
|
Рисунок создается посредством механической деформации печатного фоторезиста
|
Разновидности: печатная литография «step-and- flash», литографически индуцированная самосборка (LISA), прямая печать с участием лазера (LADI), нанопечатная литография с участием лазера (LAN)
|
Сканирующая зондо- вая литография
|
Сканирующая головка используется в качестве источника механического, электрического и/или теплового воздействия, индуцирующего физикохимические процессы,
|
Родственный метод: «перьевая» нанолитография (DPN)
|
|
требуемые для изменения, осаждения, удаления и управления материалами на наномасштабе
|
|
Литофафия фокусированным ионным пучком
Литофафия протонным пучком
|
Для нанесения нано- масштабного рисунка посредством модификации, осаждения и распыления используется фокусированный пучок медленных тяжелых ионов Для нанесения рисунка напрямую на фоторезист используется пучок быстрых протонов
|
Родственный метод: ионное фрезерование, двухэтапный процесс, применяемый для получения нанопорошков
|
Самосборка и самоорганизация
|
Задание свойств поверхности, обеспечивающих рост либо самопроизвольное образование структур желаемой формы и размера
|
Технология «снизу- вверх», опирающаяся на самоупорядочивающуюся природу органических молекул, в том числе комплексных соединений, таких например, как ДНК. Самособирающиеси монослои содержат органические молекулы, функциональные характеристики которых можно изменить при помощи , химической об-работки j или излучения таким образом, чтобы обеспечить выборочное прикрепление последующих слоев и задание требуемого направления криссталлического роста
|
Метод
Ленгмюра - Блоджетт
|
Осаждение мономолекулярных органических пленок на различные под-
|
- ... .
|
|
ложки при их погружении в раствор и извлечении из него
|
|
Послойная сборка
|
Попеременная адсорб-
|
Нанесение конформных
|
|
ция положительно и
|
покрытий на подложки
|
|
отрицательно заряженных частиц из водных растворов
|
сложных форм
|
Прочие методы:
|
Распыление химичес-
|
|
Конверсия
|
ких прекурсоров в ви-
|
|
распыляемого
|
де капель аэрозоля,
|
|
раствора
|
рассеянных в газовой среде
Капельки расплав-
|
|
Г азотермическое
|
ленного материала,
|
|
напыление
|
используемые для создания покрытия, с высокой скоростью направляются на требуемую поверхность Создание коллоидной
|
|
Золь—гель-процесс
|
суспензии, называемой золь, которая затем преобразуется в вязкий гель, а после тог о — в твердое вещество
Химическое разложе-
|
|
Пиролиз
|
ние органических веществ при их нагревании в отсутствии кислорода и любых других химически активных веществ
Реакции на интер-
|
|
Электрохимические
|
фейсах жидкость-
|
|
процессы
|
твердое тело, управляемые посредством приложения
|
|
...
|
внешнего напряжения
|
|
Несмотря на разнообразие, можно отметить две общие проблемы, решение которых играет важную роль в разработке новых наноматериалов с оптимальными свойствами. Прежде всего, это проблема размерных эффектов. Выявление механизма и роли размерных эффектов важно применительно ко всем разновидностям наноматериалов.
Столь же значима и проблема их стабильности, ибо изменение наноструктуры в термических, химических, деформационных и радиационных нолях может приводить к частичной или полной деградации свойств наноматериалов. Термическая стабильность мелкозернистых наноструктур обусловлена задерживающей ролью тройных стыков, доля которых существенно возрастает с уменьшением размера зерен.
Достарыңызбен бөлісу: |
