«нанотехнология негіздері» ПӘннің ОҚУ Әдістемелік кешені



жүктеу 393.39 Kb.
Дата11.06.2016
өлшемі393.39 Kb.

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ

БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

СЕМЕЙ қаласының ШӘКӘРІМ атындағы

МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ



3 денгейлі СМЖ құжаты

ПОӘК

ПОӘК 042-18-6.1.27/03-2014

ПОӘК

Оқу-әдістемелік материалдар «Нанотехнология негіздері»





« 11 » 09 2014 ж. № 1 басылым


«НАНОТЕХНОЛОГИЯ НЕГІЗДЕРІ»

ПӘННІҢ ОҚУ - ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ

6М072300 – Техникалық физика мамандығы үшін
ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК материалДАР

Семей


2015

Мазмұны



1 ГЛОССАРИЙ 3

3 ЗЕРТХАНАЛЫҚ САБАҚТАР 31

4 МАГИСТРАНТТЫҢ ӨЗДІК ЖҰМЫСТАРЫ 33




1 ГЛОССАРИЙ

Берілген ОӘК терминдерге байланысты анықтамалары бар сипаттамалары көрсетілген.


Нанотехнология - бұл көзге көрінбейтін аса ұсақ бөлшектерді ретке келтіре отырып, соның ерекшеліктерін алдын-ала белгілеп беру арқылы әлдебір құрылымды құрастыруға қажетті жекелеген атомдарды ыңғайластыра орналастыру және кеңістіктің нанометрлік аймағындағы жеке атомдарға, молекулаларға, молекулалық жүйелерге әсер ету арқылы жаңа физика-химиялық қасиеттері бар молекулалар, наноқұрылымдар, наноқұрылғылар мен материалдар алу мүмкіндіктерін зерттейтін қолданбалы ғылым.

ДНҚ нанотехнологиясы - нақты айқындалған құрылымдардың, олардың негізінде құруға ДНҚ молекулалары мен нуклеин қышқылдарының ерекше негіздерін пайдалану болып табылады.

Газдыфазалық эпитаксия - бу тұндыру арқылы жартылай өткізгіш эпитаксиалды қабаттарын алу болып табылады. Ең жиі кремний, германий және галий арсениді жартылай өткізгіш аспаптардың және интегралды схемалардың технологиясы қолданады.

Зондық сканерлеуші микроскобы (СЗМ, англ. SPM — Scanning Probe Microscope) - беткі және оның жергілікті сипаттамаларын бейнелейтін микроскоптың класы. Зондық бетін сканерлеуге негізінделген, суреттін құрастыру процесі.

Сканерлеуші туннельдік микроскоп СТМ, англ. STM — scanning tunneling microscope) - жоғары кеңістіктік рұқсаты бар өткізгіш беттердің топографиясын өлшеу үшін зондық сканерлеуші микроскобының нұсқасы.

Аэрогель (лат. аer — ауа және gelatus — қатырылған) - негізгі құрамы ауадан тұратын әлемдегі ең жеңіл материал. Бұл материал графеннен жасалған. Ультра жеңіл материалдың тығыздығы гелийден төмен, ал сутектің көрсеткішінен екі есе аз болып келеді.

Монокристалл - барлық көлемде бірыңғай кристалдық торы болатын кристалл.

Нанокристалл немесе кристалл (грек тіліннен κρύσταλλος, изначально — лёд, в дальнейшем — горный хрусталь, кристалл) — микродеңгейдегі нанотехнологияның обектісі

Атом-күштік микроскоп - 1986 жылы атом күштік микроскоптар (АКМ) жасалып шығарылды, олар өзара күштерін ара қатынасы көмегімен ойлап табылған. Олар патефон сияқты салынған болдған.

2 ДӘРІСТЕР
Дәрістер - пәннің мақсаты бойынша қарастыратын логикалық, теориялық сұрақтарды зерттеу түрінде сипатталатын сабақтың оқу формасы.

1Дәріс

(1 сағ; 1 апта)
Тақырыбы. Кіріспе. Нанотехнологияның даму үрдістері
Сұрақтары

1 Нонатехнологияның зерттеу құралы

2 Соңғы жетістіктері.
Нанотехнология - бұл көзге көрінбейтін аса ұсақ бөлшектерді ретке келтіре отырып, соның ерекшеліктерін алдын-ала белгілеп беру арқылы әлдебір құрылымды құрастыруға қажетті жекелеген атомдарды ыңғайластыра орналастыру және кеңістіктің нанометрлік аймағындағы жеке атомдарға, молекулаларға, молекулалық жүйелерге әсер ету арқылы жаңа физика-химиялық қасиеттері бар молекулалар, наноқұрылымдар, наноқұрылғылар мен материалдар алу мүмкіндіктерін зерттейтін қолданбалы ғылым.

Зерттеу әдістері

Нанотехнология - пәнаралық ғылым болғандықтан, ғылыми зерттеу жүргізу үшін «классикалық» биология, химия, физика сияқты бірдей әдістер қолданылады. Нанотехнология саласындағы зерттеудің негізгі әдістерінің бірі зондық микроскопиялық сканерлеу болып табылады. Қазіргі уақытта, ғылыми-зерттеу зертханалары, «классикалық» зонд микроскоптар ғана емес, сонымен қатар оптикалық микроскоптар, электронды микроскоптар, шашырау спектрометрлері және флуоресценция, ультрамикротомалар (материалдардың үш өлшемді құрылымы үшін) қолданылады.

Наномедицина және химиялық өнеркәсіп

Қазіргі заманғы медицинаның бағыты наномолекулярлық деңгейде жобалау өзгерістері мен адамның биологиялық жүйелерін қадағалау үшін наноматериалдар және нано-объектілерді бірегей қасиеттерін пайдалануға негіздеу болып табылады.

ДНҚ нанотехнологиясы - нақты айқындалған құрылымдардың, олардың негізінде құруға ДНҚ молекулалары мен нуклеин қышқылдарының ерекше негіздерін пайдалану болып табылады.

Есірткі және фармацевтикалық өнімдер нақты белгіленген нысандар (бис-пептидтер) молекулаларының өнеркәсіптік синтезі.

Агломерат қалыптастыру мәселесі

Нанобөлшектер немесе нанометрлердің бөлшектік өлшемінің ретін ғылыми қоғамдастық деп атайды, олардың бір қасиеті бар, ол олардың қолданылуына кедергі жасайды. Олар яғни бір-біріне жабысып, агломерат құра алады. Нанобөлшектер керамика өндірісінде, металлургия өнеркәсібінде перспективалы болғандықтан, бұл мәселені шешу қажет. Ықтимал шешімдердің бірі - заттарды пайдалануға болады - осындай аммоний цитрат ретінде дисперсанты (су ерітіндісі), имидазолина, олеиловый спирті(суда ерімейтін). Олар нанобөлшектер бар ортада қосуға болады.

Нанобөлшектер



Қазіргі кездегі ғылымның жетістіктері егер заттың өте ұсақ бөлігін қарастырсақ оның жаңа қасиеттері байқалатынын анықтаған. Өлшемі 1 нм-ден 100 нм-ге дейінгі бөлшектерді нанобөлшектер деп атайды. Кейбір нанобөлшектердің каталитикалық және адсорбциялық қасиеттері байқалды. Кейбір материалдар ғажайып оптикалық қасиетерге ие болады, мысалы, аса жұқа органикалық қабықшаларды Күн батареясын өндіруде қолдануға болады. Мұндай батареялар төменгі кванттық тиімділікке ие болғанмен, арзан және иілгіш. Жасанды нанобөлшектердің табиғи наноөлшемдегі объектілермен – ақуыздар, нуклеинды қышқылдар, амин қышқылдары, нейропептидтер — өзара әсерлесуі жүзеге асырылуда. Өте мұқият тазартылған нанобөлшектер белгілі бір құрылымға өз бетімен түзілу мүмкіндігі бар. Мұндай құрылымда қатаң реттелген нанобөлшектер болады жєне олардың ерекше қасиеттері көрінеді.

Нанообъектілер негізгі 3 класка жатады: үшөлшемді бөлшектер (өткізгіштер жарылысынан, плазмалық синтезден, жұқа қабықшалардың қайта түзілуінен және т.б.), екіөлшемді объектілер (молекулалық ыдырату, ионды ыдырату әдісі арқылы алынған жұқа қабықшалар және т.б.), бірөлшемді объектілер. Сонымен қатар органикалық нанобөлшектер де кездеседі.

Сондай-ақ, нанокомпонеттері - кез келген матрицаға нанобөлшектер енгізу арқылы алынған материалдарды атайды. .

Қазіргі уақытта, тек 50 нм үлкенірек нысандарды матрицалық жазық бетінде алуға мүмкіндік береді, ол электроникада қолданылатын микролитография әдісінде кеңінен пайдаланылады және КП және ALD әдісі арқылы микрон фильм жасау үшін пайдаланылады. Басқа әдістері негізінен ғылыми мақсаттар үшін пайдаланылады. Олардың көмегімен сіз нақты моноқабат жасауға болады, өйткені, ол иондық және атом қабаты тұндыру жасайды.

Органикалық нанобөлшектерінің ерекше классы екі табиғи және жасанды шығуды қамтиды.


Өзін – өзі бақылау сұрақтары
1 «Нанотехнология негіздері» нені оқытады?

2 Нанобөлшектер дегеніміз не?

3 Нанообъектілер неше классқа бөлінеді, атап көрсет?
Ұсынылған әдебиттер
Негізгі
Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы. М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 192 с.] [Гусев А.И., Ремпель А.А. Нанокристаллические материалы. – М.: Физматлит, 2001. – 224 с.

Миронов В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. - Нижний Новгород: Изд. РАН. – 2004. – 114 с.

Борисенко В.Е., Воробьева А.И. Наноэлектроника. Учебное пособие. Минск: БГУИР, 2003. – 76с.
Қосымша
Абрамчук Н. С., Авдошенко С. Мтр., Баранов А. Н. с. Нанотехнологии - Азбука для всех / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. – М.: Изд. ФИЗМАТЛИТ. – 2008. – 368с.


2 Дәріс

(2 сағ; 2,3 апта)
Тақырыбы. Газдық ортадан химиялық тұндыру
Сұрақтары
1 Атомдық қабаттарды тұндыру

2 Газдық фазадан плазма-химиялық тұндыру

3 Металорганикалық қосылыс буларын химиялық тұндыру
Газдық фазадан плазма-химиялық тұндыру

Бұл әдістің көптеген әдіс-тәсілдері бар, олар химиялық реакцияларына және технологиялық қысым, т.б. субстрат, бу тасымалдау әдісі) жағдайына байланысты сипатталады. Әдетте, қалыпты температурада (100 – 400 0С, металл хлоридтер, органометаллдық кешендері) жеткілікті жоғары бу қысымы бар прекурсорлар ретінде пайдаланылатын қосылыстар болып саналады.

Бу фазасында химиялық тұндыру әдісінде майысу дәрежесі жоғары болады, оның ішінде күрделі кескін беттерін түрлі құрылым (монокристаллды, эпитаксиалды, аморфты, поликристалды) бойынша жабуға мүмкіндік береді. Конденсация көлемінде химиялық буды тұндыру әдісі әр түрлі қосылыстардың наноұнтақ алуға өте тиімді болып табылатынын көрсетті.

Газдық фазадан плазма-химиялық тұндыру

Плазмалық химиялық тұндыру технологиясы белсенді радикалдардың ішіне реакциялық газды ірітуге плазмалық разрядты пайдаланады. Плазмалық камерада реакциялық қозғау және оның параметрлерін бақылау әр түрлі әдістерін қолдану, әлдеқайда төмен субстрат температурада аморфты және поликристалдық фильмдер өсуі, жабындар жүріс-тұрысы тұндыру процесін жандандыруға мүмкіндік береді, салыстырғанда алдын ала белгіленген микрорельеф құрылымын, қоспалық құрамы мен жабыны басқа қасиеттерін қалыптастыру, одан көп бақыланатын процесін орналастырып, реакциялық газ термиялық ыдырау негізінде химиялық бу тұндыру (CVD) үшін аналогиялық процестер жүреді.

1 сурет - ПХТ қолдану мысалы:

Металл катализатор өсті көміртекті нанотүтікшелердің жиыны.
750 °C температурада және төмендетілген қысымда 3:1 қатынасында ацетиленнің және аммиактан тұратын плазма жасап алынды.

Технологиялық режимдерін өзгерту модулі плазмалық әр түрлі ұзындықты және диаметрлі нанотүтікшелерді шығарады.


Өзін – өзі бақылау сұрақтары
1 Химиялық тұндыру буы дегенге сипаттама беріңіз?

2 Химиялық бу тұндыру әдісі мақсаты қандай?

3 Плазмалық химиялық тұндыру буын сипаттаңыз?
Ұсынылған әдебиттер
Негізгі
Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы. М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 192 с.] [Гусев А.И., Ремпель А.А. Нанокристаллические материалы. – М.: Физматлит, 2001. – 224 с.

Миронов В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. - Нижний Новгород: Изд. РАН. – 2004. – 114 с.

Борисенко В.Е., Воробьева А.И. Наноэлектроника. Учебное пособие. Минск: БГУИР, 2003. – 76с.
Қосымша
Абрамчук Н. С., Авдошенко С. Мтр., Баранов А. Н. с. Нанотехнологии - Азбука для всех / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. – М.: Изд. ФИЗМАТЛИТ. – 2008. – 368с.
3 Дәріс

(1 сағ; 4 апта)
Тақырыбы. Молекулалық - сәулелік эпитаксия.
Сұрақтар
1 Газдыфазалық эпитаксия.

2 Хлоридті әдіс.

3 Силандық әдісі.

4 Легирлеу (қоспалау)


Газдыфазалық эпитаксия - бу тұндыру арқылы жартылай өткізгіш эпитаксиалды қабаттарын алу болып табылады. Ең жиі кремний, германий және галий арсениді жартылай өткізгіш аспаптардың және интегралды схемалардың технологиясы қолданады.

Процесс арнайы тік немесе көлденең түрі атмосфералық немесе азайтылған қысым реакторлар жүргізіледі. 750 - 1200 °C дейін қыздырылған реакция төсемдердің беткі қабатында (жартылай өткізгіш пластиналар) жүреді. Төсемдерді жылыту инфрақызыл сәуле, резистивті немесе индуктивті түрде жүзеге асырылады. Осы нақты тұндыру жағдайлары үшін шектен төмен процесі температурасын төмендету поликристалды қабатының түзілуіне алып келеді. Екінші жағынан, ол эпитаксиалды қабатының және субстрат, алынған құрылғылардың жұмысын нашарлатуына, оның қатысуымен арасындағы өтпелі аймағындағы диффузиялық енін азайтуға мүмкіндік береді.

Химиялық бу тұндыру арқылы кремнийді эпитаксиалды қабаттарын өндіру екі негізгі тәсілі бар:

- Кремний тетрохлоридтерді (SiCl4) және сутегіні азайту, трихлорсилан (SiHCl3) немесе дихлорсилан (SiH2Cl2);

- Моносиланды пиролитпен жіктеу.

Хлоридті әдіс.

Кремний тетрахлорид жалпы реакция көзі ретінде пайдаланған кезде-ақ жазуға болады:
SiCl4+2H2(құрғақ)=Si+4HCl

Қайтымды реакция деп жоғары температурада және немесе хлорлы концентрациясы қарсы бағытта жүре бастайтын реакция болып табылады. Трихлорсилан және дихлорсилан төмендету реакциясы кремний тетрахлорида сутегі азайту реакциясының аралығы болып табылады. Сондықтан кремний көздері ретінде оларды пайдалану процесі техникалық және экономикалық параметрлерін арттыруға мүмкіндік береді. Пайдаланылатын заттардың ерекшеліктер көзін таңдау кезінде сонымен қатар ескеру керек. Бөлме температурасында трихлорсилан және кремний тетрахлорид сұйық, ал дихлорсилан газ тәріздес болып табылады. Кремний тетрахлорид сақтау және тасымалдау аздапа қауіпті, сондықтан трихлорсиланды меншік өндірістерде пайдаланылады.

Жалпы, кремний тетрахлоридын сутегі қысқарту процесі реакциялардың келесі жүйесімен сипаттауға болады:
SiCl4 + H2 <--> SiHCl3 + HCl;

SiHCl3 + H2 <--> SiH2Cl2 + HCl;

SiH2Cl2 <--> SiCl2 + H2;

SiHCl3 <--> SiCl2 + HCl;

SiCl2 + H2 <--> Si + 2HCl
Қабаттың өсу жылдамдығы - кремний, температура мен қысым көзіне байланысты 0.1-2.0 мм / мин. Бұл бу-газ фазада кремний бар қосылыстардың концентрациясына пропорционал.

Әдісті шектеуі: яғни, уландырғыш сапфир бойынша хлорлы сутегі ретінде жақұт төсемдердің эпитаксиалды пленкасын арттыру мүмкін емес.

Газ тәрізді қоспалар

Көп жағдайда газ тәріздес қоспалар қарапайым орнатуды салуға мүмкіндік береді, бірақ сақтау тұрақты емес және жоғары уытты (фосфин, диборан, арсин).

Ең жиі арсин AsH3 ретінде қолданылады.

Сұйық қоспалар

Сұйық легирлеуші қоспалар жеке дозаторға термостатирлі көпіршікті (қоспа нашар буланатын болса) түріне немесе буландырғыш түрі (жақсы буланатын болса) құйылады, онда газ тасымалдаушы Н2 беріледі. Бұл жағдайда эпитаксиалды қабатының қоспалық концентрациясын бақылау қиын болады.

Қатты қоспалар

Қатты лигерлеуші қоспалар ұшқын разрядын шашатын және одан ары қарай сутегімен реакция камерасына тасымалданады немесе пештің төмен температура аймағында буланады (бұл әдіс үшін екі аймақтық пешіне салынады).
Өзін – өзі бақылау сұрақтары

1 Қандай қоспаларды білесіз?

2 Қандай әдіс –тәсілдерді білесіз? Атап беріңіз.

3 Лигерлеудің негізгі әдістері.


Ұсынылған әдебиттер
Негізгі

Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы. М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 192 с.] [Гусев А.И., Ремпель А.А. Нанокристаллические материалы. – М.: Физматлит, 2001. – 224 с.

Миронов В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. - Нижний Новгород: Изд. РАН. – 2004. – 114 с.

Борисенко В.Е., Воробьева А.И. Наноэлектроника. Учебное пособие. Минск: БГУИР, 2003. – 76с.


Қосымша
Абрамчук Н. С., Авдошенко С. Мтр., Баранов А. Н. с. Нанотехнологии - Азбука для всех / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. – М.: Изд. ФИЗМАТЛИТ. – 2008. – 368с.
4 Дәріс

(1 сағ; 5 апта)
Тақырыбы. Қолданыстағы зондық сканерлеушілер, әдістері
Сұрақтар
1 ЗСМ жұмыс принципі.

2 Электрохимиялық улау.


Зондық сканерлеуші микроскобы (СЗМ, англ. SPM — Scanning Probe Microscope) - беткі және оның жергілікті сипаттамаларын бейнелейтін микроскоптың класы. Зондық бетін сканерлеуге негізінделген, суреттін құрастыру процесі.

Жалпы алғанда, бұл беткі жағының жоғары ажыратымдылығының (топография) үш өлшемді кескінді алуды қамтамасыз етеді. Зондық сканерлеуші микроскопының қазіргі заманғы үлгідегі түрін 1981 жылы Герд Карл Бинниг пен Генрих Рорер ойлап тапқан (құрылғыларды осы сияқты принциптерін басқа да зерттеушілер бұрын зерттеген). Осы өнертабыс үшін 1986 Физика бойынша Нобель сыйлығына ие болды, олар электрондық микроскопты ойлап тапқандар Э. Руска арасында бөліп алды. ЗСМ ерекшелігі болып табылады:

- зонды,

- 2-м үлгіге зондқа қатысты жылжыту үшін жүйе (XY) немесе 3-ші (XYZ) координаттары,

- тіркеу жүйесі

Тіркеу жүйесі - үлгіні қашықтыққа байланысты функциясының мәнін жазады. Әдетте, жазылған мән үлгідегі немесе координатты (Z) бойынша зондық позициясын бақылайды, теріс кері байланыс жүйесі өңделеді. Кері байланыс жүйесі ретінде ең жиі қолданылатын ПИД контроллері.

Зондық сканерлеуші микроскоптардың негізгі түрлері:

- Сканерлеуші атом - күштік микроскобы;

- Сканерлеуші туннельдік микроскобы;

- Жақын аймақты оптикалық микроскобы.



Жұмыс принципі

1 сурет - Сканерлеуші атом - күштік микроскобының жұмыс сызбасы.


Зонд (ине немесе оптикалық зонд) үлгі бетінің арасында өзара іс-қимыл негізінде зондық сканерлеуші микроскоптың жұмыспен қамту болып табылады. Үлгідегі беті мен өзара іс-қимыл күштері арасындағы шағын қашықтықта (кері итеруші, тартылыс және басқа да күштер) және әр түрлі әсерлерін (мысалы электрондарды туннелдеу ) дисплейге тіркеу қазіргі заманғы құралдардың көмегімен шешілуі мүмкін. Әр түрлі сезімталдығын, сезгіштігін анықтап тіркеу үшін ең кіші шамалар тіркеуіне мүмкіндік береді. Түрлі құрылғылардың көмегімен толық нүкте үшін X және Y (мысалы, пьезооптикалық түтікті, жазық параллель сканерлер) сканерлеу қолданылады.

Зондық сканерлеу микроскобын құруға негізгі техникалық қиындықтары:

- Зонд соңына сынақ объектісі салыстыруға өлшемді болуы тиіс.

- 0,1 ангстрем деңгейде тұрақтылық (жылу және діріл қоса алғанда) механикалық қамтамасыз ету.

- Детекторлар түзетуге бар жазылған параметрді сенімді тіркеу керек.

- Дәлдіктегі сканерлеуші жүйесін құру.

- Зондық беті тегіс түйісуін қамтамасыз ету.
Өзін – өзі бақылау сұрақтары

1 Қандай микроскоптарды білесіз?

2 Зондық сканерлеу микроскобын құрудың қандай қиындықтарын білесіз?

3 ЗСМ жұмыс принципі.


Ұсынылған әдебиттер
Негізгі
Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы. М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 192 с.] [Гусев А.И., Ремпель А.А. Нанокристаллические материалы. – М.: Физматлит, 2001. – 224 с.

Миронов В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. - Нижний Новгород: Изд. РАН. – 2004. – 114 с.

Борисенко В.Е., Воробьева А.И. Наноэлектроника. Учебное пособие. Минск: БГУИР, 2003. – 76с.
Қосымша
Абрамчук Н. С., Авдошенко С. Мтр., Баранов А. Н. с. Нанотехнологии - Азбука для всех / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. – М.: Изд. ФИЗМАТЛИТ. – 2008. – 368с.


5 Дәріс

(1 сағ; 6 апта)
Тақырыбы. Сканерлеуші туннельдік микроскопия.
Сұрақтары
1 Зондық сканерлеуші микроскобы

2 Сканерлеуші туннельдік микроскобы.

3 Сканерлеуші атом - күштік микроскобы.
Сканерлеуші туннельдік микроскобының қазіргі заманғы үлгідегі түрін 1981 жылы Герд Карл Бинниг пен Генрих Рорер ойлап тапқан (құрылғыларды осы сияқты принциптерін басқа да зерттеушілер бұрын зерттеген). Осы өнертабыыс үшін 1986 Физика бойынша Нобель сыйлығына ие болды, олар электрондық микроскопты ойлап тапқандар Э. Руска арасында бөліп алды. ЗСМ ерекшелігі болып табылады:

КСРО кезінді осы мәселе бойынша бірінші жұмыс 1985 жылы КСРО Физикалық проблемалар институтында жасалды.

Сканерлеуші туннельдік микроскоп СТМ, англ. STM — scanning tunneling microscope) - жоғары кеңістіктік рұқсаты бар өткізгіш беттердің топографиясын өлшеу үшін зондық сканерлеуші микроскобының нұсқасы. STM өткір металл ине бірнеше ангстрем қашықтықта қолданылады. Инеге қатысты қолданылатын кезде туннелдеу ағымдағы болады. Осы ток шамасының үлгісі инелі қашықтыққа экспоненталық байланысты болады. Шамамен 1 А қашықтықтағы типтік мәндері 1-1000 Па тең. Зондық сканерлеуші микроскобы бірінші класындағы микроскоп болып сканерлеуші туннельдік микроскобы болса, ал атом күшi бар және жақын аймақты оптикалық микроскобы кейінірек әзірленді.

Сканерлеу барысында үлгі беті бойымен инелі қадамдар туннелдеумен байланысты, кері байланыстар әрекетке тұрақты сақталады және қарастырушы жүйесіннің айғақтар бетінің топографиясына байланысты өзгеріп отырады. Бұл өзгерістер жазылған және олар негізделген биіктік картасында жазылады. Тағы бір әдіс үлгінің үсті тіркелген биіктікте ине қозғалысын қамтиды. Бұл жағдайда, негізгі туннелдеу ағымдағы өлшемінің мәні және беттік топография құрылысы болып табылады.

Осылайша сканерлеуші туннельдік микроскопия (СTM) мынадай элементтерді қамтиды:

- зонды,


- 2-м үлгіге зондқа қатысты жылжыту үшін жүйе (XY) немесе 3-ші (XYZ) координаттары,

- тіркеу жүйесі

Тіркеу жүйесі - үлгіні қашықтыққа байланысты функциясының мәнін жазады. Әдетте, жазылған мән үлгідегі немесе координатты (Z) бойынша зондық позициясын бақылайды, теріс кері байланыс жүйесі өңделеді. Кері байланыс жүйесі ретінде ең жиі қолданылатын ПИД контроллері.

Әдісін пайдалану бойынша шектеулер қолданылады, әйтпесе туннелдеу болуы мүмкін, себебі, біріншіден, сынама өткізгіштігінің жағдайы (беті кедергісі 20 МОм/см² үлкен болмауы тиіс), екіншіден «жырақшық тереңдігі, оның енінен кішірек болуы тиіс». Бірақ бұл тек негізгі шектеулер болып табылады. Шын мәнінде олар көп. Мысалы, технологиясын тегістеу ине бір ине ұшына кепілдік бере алмайды және бұл параллель қарап шығу үшін екі түрлі биіктігі бөліктеріне алып келуі мүмкін. Сондай-ақ, біз ауаның бөлшектердің бетінде тұндыру барлық басқа жағдайларда жоғары вакуум жағдайында, газдар және т.б. Терең жақындату технологиялары өрескел нәтижелерін қолданылу бойынша үлкен әсер етеді.



1 сурет - Сканерлеуші туннельдік микроскобының жұмыс сызбасы
Өзін – өзі бақылау сұрақтары
1 Қандай микроскоптарды білесіз?

2 Сканерлеуші туннельдік микроскобын құрудың қандай қиындықтарын білесіз?

3 СТМ жұмыс принципі
Ұсынылған әдебиттер
Негізгі
Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы. М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 192 с.] [Гусев А.И., Ремпель А.А. Нанокристаллические материалы. – М.: Физматлит, 2001. – 224 с.

Миронов В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. - Нижний Новгород: Изд. РАН. – 2004. – 114 с.

Борисенко В.Е., Воробьева А.И. Наноэлектроника. Учебное пособие. Минск: БГУИР, 2003. – 76с.
Қосымша
Абрамчук Н. С., Авдошенко С. Мтр., Баранов А. Н. с. Нанотехнологии - Азбука для всех / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. – М.: Изд. ФИЗМАТЛИТ. – 2008. – 368с.
6 Дәріс

(1 сағ; 7 апта)
Тақырыбы. Атомдық инженерия.
Сұрақтар
1 Атомдық инженерияның даму тарихы

2 Тенденциялары және дамыту.


Мыңжылдықтың соңында қоғам дамыған сайын іс жүзінде кез келген қазіргі үйледерде «жоғары технологиялар» бар, қолданыстағы және дамып келе жатқан жаңа индустриялық секторын дамытуға, техногендік даму жолында және көптеген адамдар техникасыз өмір елестете алмайды. Адам неғұрлым көп нәрсе жасаса, соғұрлым қажеттіліктері артып өзі тұтынады. Яғни, энергетика сияқты маңызды ресурсы, соның ішінде болып табылады. Бұл қазіргі кезде үлкен мәселе болып тұр.

Адамзат көне заманнан бері энергияның жаңа көздерін іздеуде. ХХ ғасырдың ортасына қарай ол барлық дерлік оның табиғи көзі игерілді, ал коммерциялық ауқымда оларды пайдалануға, әсіресе ірі, өнеркәсіптік қалаларында, қалдықтарды өндірістік ортаның елеулі ластануына алып келді.

Атом энергиясын меңгеру - ХХ ғасырдың ештеңе тең келмейтін ғылыми-техникалық ең үлкен жетістіктерінің бірі. Материалдарды табиғи сақтау, атомның құпиясы, ядролық энергетикаға атомның енуі, яғни осының бәрі бұрын соңды осындай нәрселерді істей алмағанымен қазір бәрі қолжетімді. Жоғары қуатты жаңа энергия көздері бай баға жетпес мүмкіндіктердің кепілі болып тұр.

Энергетика бүгінде әлемдік өркениеттің мыңызды қозғаушы күшіне айналып отыр. Адамзаттың XXI ғасырдағы тұрақты әлеуметтік-экономикалық дамуын қамтамасыз етуде және энергетикалық сұраныстарын қанағаттандыруда ядролық энергетика айтарлықтай үлес қосуға тиіс. Әлемдік тәжірибе көрсетіп отырғанындай, Қазақстанда ядролық энергетиканы қолданбастан жақын және алыс болашақта энергетикалық кілтипандарды шешуге болмайтын сияқты. Қазақстан энергетикасы ерте ме, кеш пе, әйтеуір осы жолды таңдары анық. Бұл ретте көмірсутегімен салыстырғанда атом энергетикасының үлкен экономикалық тартымдылығы шешуші рөл ойнауы тиіс. Алып қорлары барына қарамастан уақыт өте келе көмірсутегі энергия тасымалдағыштарының сарқыла бастайтыны, сондай-ақ парникті шығындыларды шектеу мен қоршаған ортаны қорғау бойынша халықаралық стандарттарды сақтауға байланысты экологиялық құрамдас бөліктері де соған итермелейді.

Сондықтан, ХХ ғасырдың соңы, адамзат толығымен уран-235 атом энергиясын қорларын пайдалануды игерді. Отынның бұл түрі, атомдық қазандықтарда жағылады. Уран энергиясын тұтынуды қазіргі энергетикалық әлемдік жылдамдықпен қолдансақ, онда ол 50-60 жылға ғана жетеді.

Әрине, бұл энергияны табиғи газ, көмір және мұнай алу үшін, пайдалануға болады. Бірақ энергетикалық даму жолы болмайды. Себептері көп: ол экологиялық мәселе болып табылады - отынды жағудан улы химиялық өнімдермен қоршаған ортаны ластау, қазба отынның бағасы өседі. Мұнай және газды энергия көзі ретінде оларды пайдалану біз үшін сыйымсыз деп айтуға болады. Міне осы проблема болып табылады: адамзат энергияны болашақта қандай материалдан, қандай әдістермен алуға тиіс? Қазіргі уақытта мәселені шешу үшін кейбір негізгі ұғымдар бар:

1. Уран отын станцияларының желісін кеңейту.

2. Уран қарағанда табиғатта жиі тория-232-отын ретінде пайдалану, көшу.

3. Жылдам нейтронды ядролық реакторлар өту, 3000-нан астам жыл бойы ядролық отынның жаңғыртуды қамтамасыз ете алады, ядролық отынды жаңғыртады, ол қазір күрделі инженерлік проблема болып табылады және үлкен экологиялық қауіп асырады, сондықтан күрделі қарсылықтарға кезігеді.

4. Термоядерных реакцияны меңгеру Термоядерных реакцияда энергия гелий сутегі айналу кезінде жүретін процес. Тез термоядролық реакциялар сутегі бомбаларында жүзеге асырылады. Енді термоядролық реакциялардың ғылым міндеті жарылыс түрінде емес, бірақ басқарылатын, тыныш ағыс процесінің түрінде беріледі. Бұл мәселені шешу ядролық отын ретінде әлемдегі сутегі орасан зор қорына пайдалануға мүмкіндік береді.

Қазіргі уақытта энергетиканы дамыту мынадай сызбасы ең ақылға қонымды болып тұр: термоядролық реакция басқару мәселесін шешу кезеңінде уран және уран-торий АЭС кеңейту.


Өзін – өзі бақылау сұрақтары
1 Соғыстан кейінгі жылдары атом инженериясы қалай дамыды?

2 Қазіргі кезде энергияны дамыту сызбасы қалай көрсетілген?


Ұсынылған әдебиттер
Негізгі
Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы. М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 192 с.] [Гусев А.И., Ремпель А.А. Нанокристаллические материалы. – М.: Физматлит, 2001. – 224 с.

Миронов В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. - Нижний Новгород: Изд. РАН. – 2004. – 114 с.

Борисенко В.Е., Воробьева А.И. Наноэлектроника. Учебное пособие. Минск: БГУИР, 2003. – 76с.
Қосымша
Абрамчук Н. С., Авдошенко С. Мтр., Баранов А. Н. с. Нанотехнологии - Азбука для всех / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. – М.: Изд. ФИЗМАТЛИТ. – 2008. – 368с.
7 Дәріс

(2 сағ; 8, 9 апталар)
Тақыры. Наноқұрылымды қалыптастыру зондық әдістері.
Сұрақтары
1 Ғылым мен өнеркәсіп үшін зондық сканерлеуші микроскоптар

2 Зондық сканерлеуші микроскопия


Қазіргі заманғы ғылым жаңа өрісті қалыптастырды - нанотехнология қатты бетік электрохимия және микроэлектроника физика молекулярлық биология және гендік инженерия пәнаралық саласы болып табылады. Кластерлерді құрылымы, бетінің құрылымы туралы бірегей нәтижелерді, вирустардың құрылымдары және жеке молекулалардың полимерлер алынды.

Нанотехнологиялар бетінің материалдардың әр түрлі қасиеттерін зерттеу жаңа деңгейін ашады. Сонымен қатар, нанолитография өндіруге, нашар наноқұрылымдар бетінде байланысты жылжыту бетінде ықтимал физикалық әсерлері: бетін зерттейді, сонымен қатар нақты әсер мүмкіндігін көрсету (1 сурет).



1 сурет – Офтальмологиялық линза көрінісі. Сұйық жасуша, байланыс сәні. Линза кептірілген, содан кейін қайтадан линзадан сызаттар, нәтижесінде су ерітіндісінде орналастырылды. Суреттер СОЛВЕР-P4 құрылғысында алынды.
Нанотехнология пайда болуы және дамуы IBM сканерлеу жолын жоспарлаудың Швейцария компаниясы сканерлеуші туннельдік микроскобы мен атом-күштік микроскобын ашумен байланысты (1981-1986 жж.).

Бүгінгі күнінің өзінде зондық сканерлеуші микроскобы екі кезеңі тұрды.

Бірінші кезеңге сканерлеуші туннельдік микроскобы (СТМ) жатады. 1981 жылы ІВМ корпорациясыныњ швейцариялық филиалындағы екі инженер - Герд Бинниг пен Гейнрих Рорер туннельдеуші микроскоп ойлап тапты. Микроскоптың құрылымы аса қарапайым: шамалы қысымға қосылған аса жіңішке ине бір нанометр шамасындағы қашықтықта материалдың үстімен жылжып отырады.

Осы кезде инелердің өткір ұшы материалдың беткі қабатына электрондарды тесіп өткізеді де, соның нєтижесінде шамалы тоқ пайда болады, оныњ көлемі ине мен беткі қабаттың арасындағы қашықтыққа байланысты болады. Осылайша материалдың беткі қабатынан жекелеген атомдарды «ажыратуға» мүмкіндік туады.

Тєжірибе барысында анықталғандай, тоннельдеуші микроскоптың бұрынғыларға қарағанда біршама артықшылықтары бар екен. Соның көмегімен жекелеген атомдарды «көруді» былай қойғанда, соларға әсер ету арқылы кез-келген кернеуді өзгертуге де мүмкіндік туады: қарапайым тілмен айтсақ, тоннельдеуші микроскоптың көмегімен атомды «іліп» алуға және қажетті жеріне қондыруға болады. Физиктердің атомдарды із қалауынша орналастыруға теориялыќ мүмкіндіктері пайда болады, яғни соларды кірпіш секілді қалай отырып, кез-келген затты жасап шығуға болады екен.

СTM жұмыс приципі: СTM өткір металл ине бірнеше ангстрем қашықтықта қолданылады. Инеге қатысты қолданылатын кезде туннелдеу ағымдағы болады. Осы ток шамасының үлгісі инелі қашықтыққа экспоненталық байланысты болады. Шамамен 1 А қашықтықтағы типтік мәндері 1-1000 Па тең. Зондық сканерлеуші микроскобы бірінші класындағы микроскоп болып сканерлеуші туннельдік микроскобы болса, ал атом күшi бар және жақын аймақты оптикалық микроскобы кейінірек әзірленді.

Сканерлеу барысында үлгі беті бойымен инелі қадамдар туннелдеумен байланысты, кері байланыстар әрекетке тұрақты сақталады және қарастырушы жүйесіннің айғақтар бетінің топографиясына байланысты өзгеріп отырады. Бұл өзгерістер жазылған және олар негізделген биіктік картасында жазылады. Тағы бір әдіс үлгінің үсті тіркелген биіктікте ине қозғалысын қамтиды. Бұл жағдайда, негізгі туннелдеу ағымдағы өлшемінің мәні және беттік топография құрылысы болып табылады.

1986 жылы атом күштік микроскоптар (АКМ) жасалып шығарылды, олар өзара күштерін ара қатынасы көмегімен ойлап табылған. Олар патефон сияқты салынған болдған. Серіпедегі өткір ине беткі қабатқа сырғып барып, серіппенің ауытқуын өлшейді. Ең бірінші серіпелер жұқа пластиналардан жасалған, оларға кішкентай өткір ине жабыстырылады, ол – кантилевер деп аталады. Кантилеверге қойылатын талап – ол әр кезде өткір болуы шарт. (2 сурет). Кантилеверлердің өнеркәсіптік өндіру технологиясы ол зонд микроскоптар екінші буыны дами бастағанда шықты, негізі 1990 жылы құрылды.



2 сурет – Кремний кантилевер электрондық микрографиялық көрінісі. Ол к кантилевердың қисықтық радиусы шамамен 1 нм екенін көруге болады.
Өзін – өзі бақылау сұрақтары
1 Микроскоптың дамуы мен үрдістері?

2 СТМ қолданылу аясы?

3 АКМ қай жылы шықты? Жұмыс приципі.
Ұсынылған әдебиттер
Негізгі
Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы. М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 192 с.] [Гусев А.И., Ремпель А.А. Нанокристаллические материалы. – М.: Физматлит, 2001. – 224 с.

Миронов В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. - Нижний Новгород: Изд. РАН. – 2004. – 114 с.

Борисенко В.Е., Воробьева А.И. Наноэлектроника. Учебное пособие. Минск: БГУИР, 2003. – 76с.
Қосымша
Абрамчук Н. С., Авдошенко С. Мтр., Баранов А. Н. с. Нанотехнологии - Азбука для всех / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. – М.: Изд. ФИЗМАТЛИТ. – 2008. – 368с.


8 Дәріс

(1 сағ; 10апта)
Тақырыбы. Наноөлшемді суреттерді қалыптастыру әдістері.

Сұрақтары
1 Электрокүтік әдісі.

2 Сканерлеуші тунелдік әдіс.

3 Кельвин әдісі.
Зондық сканерлеуші микроскоптардың жұмыс принципі
Зондық сканерлеуші микроскоптар микрорельефа бетінің зерттеу және оның жергілікті қасиеттері инелер түрінде арнайы дайындалған зондтарын пайдалану арқылы жүзеге асырылады. Мұндай кеңестер жұмыс бөлігі (ұшы) он нм өлшемімен өлшенеді. 10 нм - 0,1 тәртібін зонд микроскоптар зонд және үлгі бетінің арасындағы типтік қашықтығы. Зондық микроскоптар жүрегінде зонд және беті арасындағы өзара іс-қимылдың әр түрлі түрлері бар. Осылайша, металл ұшы мен өткізгіш үлгідегі арасындағы ағыс тоннель тогының құбылысына негізделген туннелдік жұмысы орындалады. Электр іс-қимылдың әртүрлі түрлері атом күшіне, магниттік күші мен электр энергиясын микроскоптар жұмысын негізінде жасалады. Түрлі зондық микроскоптарға тән ортақ сипатты қарастырайық. Үлгісі P = P (Z), онда бұл параметр арасындағы қашықтықты бақылайтын кері жүйені ұйымдастыру үшін пайдаланылуы мүмкін, беті өзара іс-қимылы кейбір параметр сипатталады.1 Сурет - сызба сканерден микроскоптың кері байланысты қамтамасыз етудің жалпы принципі көрсетілген.

1 Сурет. Кері байланыс жүйесінің зондық микроскоптың схемасы.


Кері байланыс жүйелік оператор айқындалатын шамасы P0 тең P тұрақты мәні сақтайды. Зонд (ине немесе оптикалық зонд) үлгі бетінің арасында өзара іс-қимыл негізінде зондық сканерлеуші микроскоптың жұмыспен қамту болып табылады. Үлгідегі беті мен өзара іс-қимыл күштері арасындағы шағын қашықтықта (кері итеруші, тартылыс және басқа да күштер) және әр түрлі әсерлерін (мысалы электрондарды туннелдеу ) дисплейге тіркеу қазіргі заманғы құралдардың көмегімен шешілуі мүмкін. Әр түрлі сезімталдығын, сезгіштігін анықтап тіркеу үшін ең кіші шамалар тіркеуіне мүмкіндік береді. Түрлі құрылғылардың көмегімен толық нүкте үшін X және Y (мысалы, пьезооптикалық түтікті, жазық параллель сканерлер) сканерлеу қолданылады.

ЗСМ көрінісін көрсету үшін сынаманы сканерлеудің арнайы ұйымдастырылған процессі болып табылады. Беті пропорционал жетегімен сигнал мөлшерімен компьютердің жадында есепке алынады. Белгілі бір (сканерлеу жолы) боймен үлгідегі жоғарыда зондық бірінші жүріп сканерлеген кезде өтіп, содан кейін қайтадан бастапқы нүктесінде зондық және келесі сканерлеу желісіне барады, және бұл процесс қайталанады. Осылайша компьютермен өңделеді кері байланыс сигнал сканерлеу жазылады, содан кейін бетінің бедері Z = F (х, у) ЗСМ бейнесі компьютерлік графика арқылы салынды. Механикалық, электрлiк, магниттiк, оптикалық және басқа да көптеген: үсті топографиялық зерттеумен қатар, зондық микроскоптар түрлі беттік қасиеттерін зерттеуге мүмкіндік береді.


Өзін – өзі бақылау сұрақтары
1 Электрокүтік әдісі.

2 Сканерлеуші тунелдік әдіс.

3 Кельвин әдісі.
Ұсынылған әдебиттер
Негізгі
Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы. М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 192 с.] [Гусев А.И., Ремпель А.А. Нанокристаллические материалы. – М.: Физматлит, 2001. – 224 с.

Миронов В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. - Нижний Новгород: Изд. РАН. – 2004. – 114 с.

Борисенко В.Е., Воробьева А.И. Наноэлектроника. Учебное пособие. Минск: БГУИР, 2003. – 76с.
Қосымша
Абрамчук Н. С., Авдошенко С. Мтр., Баранов А. Н. с. Нанотехнологии - Азбука для всех / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. – М.: Изд. ФИЗМАТЛИТ. – 2008. – 368с.


9 Дәріс

(2 сағ; 11, 12 апталар
Тақырыбы. Өзін-өзі реттейтін процесс.
Сұрақтары

1 Түрлері мен процестердің сипаты.

2 Қолданылуы
Бұл қоспа арнайы кремний диоксиді, алюминий триоксиді және плазма-ауқымды графит қоспаларынан тұратын және өз қасиеттерін 1200 С температурада сақтап қалатын қоспаны болып табылады.

Қозғалтқыштағы туындаған шығындарды және басқа да бірлік азайту үшін нанотехнология қолдану үйкеліс энергиясын пайдалану, техниканы пайдалану кезінде үйкеліс жұбы арқылы мерзімін ұзарту, жаңа принципін кинематикалық микромодификация үйкеліс бетіне мүмкіндік береді.

Үйкеліс аумағындағы NanoVit кіріспесі металл бетінде өзін-өзі шипалы микромодификацияланған қабатының түрінде үйкеліс энергетикалық нанокристалды құрылымдарын пайдаланып белсенді аймаққа әкеледі. Металл беті микромодификацияланған қабаты туралы серпінді сынғыштығын қалпына келтірілді, белгілі бір тепе-теңдік қалған болып бетінің қабаты сақталды, ол оның қатты және икемді құрылым болып табылады. Микромодификацияланған қабатын құру өнімнің сомасы арқылы реттеуге болады. Үйкеліс және жылу айтарлықтай үлкен күш болып саналады, беттік қабатының қызметін NanoVit өзгертуге септңгңн тигізеді.
Өзін-өзі реттейтін процесс.
Қабат - өзін-өзі қорғайды бөлік болып табылады. Бұл процес үйкеліс кезінде энергиясын шығарып, өзін-өзі реттеп энергияны пайдаланады. Бұл энергия қабатының құрылысы, сондай-ақ басқа да жағынан оның қирауы да жүреді.

1-1,5 мм аралығында үйкеліс коэффициенті төмендейді, үйкеліс беттеріне арасындағы алшақтық болған кезде серпімді сыртқы қабатының құрылысы және жою процестерінің балансы жүреді. Үйкеліс бөліктері арасындағы алшақтық рұқсат етілген шекті тозу құрылымы 25% аспауы тиіс. Қабатының қалыңдығы 0,0001 0,1 мм дейін.


Өңдеуді екі кезеңге бөлуге болады. Бірінші кезеңде, беткі қабатты күйеден және басқа да ластаушылардан тазалау болып табылады.

Өзін –өзі реттейтін процесінің қоданылуы аясы тұтқыр сұйықтық (газ) ішінде қозғалған қатты дене бетінде немесе температурасы, химиялық құрамы және жылдамдығы әр түрлі екі сұйықтықтың шекарасында пайда болатын өте жұқа сұйықтықтарда болады. Қабат өздігінен жұмыс істеуде беткі жағын сақтап тұруға мүмкін береді. Сондай - ақ көлденең бағытта жылдамдықтың (динамикалық шекаралық қабат), температураның (жылулық не температуралық шекаралық қабат) немесе жеке химиялық құраушылар концентрациясының (диффузиялық не концентрациялық шекаралық қабат) күрт өзгеруімен сипатталады. Бұл қабаттағы ағыстың пайда болуына негізінен сұйықтықтың (газдың) тұтқырлық, жылу өткізгіштік, диффузия қасиеттері әсер етеді.
Өзін – өзі бақылау сұрақтары
1 Өзін-өзі реттейтін процесс деген не?

2 NanoVit қалай жұмыс атқарады?

3 NanoVit жұмыс принціпі?
Ұсынылған әдебиттер
Негізгі
Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы. М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 192 с.] [Гусев А.И., Ремпель А.А. Нанокристаллические материалы. – М.: Физматлит, 2001. – 224 с.

Миронов В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. - Нижний Новгород: Изд. РАН. – 2004. – 114 с.

Борисенко В.Е., Воробьева А.И. Наноэлектроника. Учебное пособие. Минск: БГУИР, 2003. – 76с.
Қосымша
Абрамчук Н. С., Авдошенко С. Мтр., Баранов А. Н. с. Нанотехнологии - Азбука для всех / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. – М.: Изд. ФИЗМАТЛИТ. – 2008. – 368с.


10 Дәріс

(2 сағ; 13, 14 апталар)
Тақырыбы. Наноқұрылымды материалдар қалыптастыру.
Сұрақтары
1 Наноқұрылымның қабықшасы мен жабындарын қалыптастыру.

2 Эффекті нысан материалдарынан наноқұрылымды беткі қабаттарын қалыптастыру.


Фольга өнеркәсіптік ауқымда қолданыстағы және перспективалық алюминий электролитті конденсаторлары үшін анодтық фольга жаңа типті өндірісін ұйымдастыруға мүмкіндік береді, наноқұрылымды материалдар синтезі үшін иондық-плазмалық технологиясы вакуумдық орама арқылы өндіріледі.

Наноқұрылымды анодтық фольга конденсаторында, оның беті наноқабат алюминий жауып сақтау сапалылы болатынын көрсетеді. Қазіргі уақытта ресейлік және шетелдік нарықтарында анодты фольга наноқұрылымы радиоэлектроника бойынша қолданыста жоқ


1 сурет - анодты фольганың беткі қабатының алюменді наноқұрылымы.


Вакуумды иондық-плазмалық технологиясының артықшылықтары:

- Бейорганикалық және уытты емес материалдарды қолдану үшін;

- Фольга бетінің төмендеуі химиялық ластануы;

- Улы қалдықтар болмауы;

- Индустриялық вакуумдық жүйелер фольга үшін үлкен өндірістік қуаттары жинақы болып табылады;

- (Байланысты қалдықтарды зарарсыздандыру үшін қымбат емдеу нысандарын салу қажеттілігі болмауы) төмендеуі өндірістік шығындар;

- Қуатты үнемдеу;

- Неғұрлым тиімді шикізат (алюминий) тұтынылған.

Электрохимиялық өндірісте кедергі наноқұрылымды анодты фольга артықшылықтары:

- Байланысты барынша жұмыс бетінің ауданы сыйымдылығы (50%) айтарлықтай өсуі;

- Қалыңдығы (1,5-2 есе) және салмағы азайту;

- Механикалық беріктігі айтарлықтай өсуі;

- Бірегей икемділігі.

Электролиздік конденсаторлар наноқұрылымы анодты фольга алдын ала сыналады, ол оның электрохимиялық және электр сипаттамаларын тұрақтылығын көрсетеді. Атап айтқанда, бұл фольга пайдаланылатын конденсатордың нақты сыйымдылығы 30 В кернеу 120 мкФ/см2 тең болады.


2 сурет - наноқұрылымның алюменді анодты фольганың полмерлік қабатының негізігі көрінісі


Өзін – өзі бақылау сұрақтары
1 Наноқұрылымды конденсаторлы анодты фольга деген не?

2 Вакуумды иондық-плазмалық технологиясы қандай артықшылықтары бар?

3 Электрохимиялық өндірген фольга үшін наноқұрылымды анодты фольганың артықшылықтары неде?
Ұсынылған әдебиттер
Негізгі
Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы. М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 192 с.] [Гусев А.И., Ремпель А.А. Нанокристаллические материалы. – М.: Физматлит, 2001. – 224 с.

Миронов В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. - Нижний Новгород: Изд. РАН. – 2004. – 114 с.

Борисенко В.Е., Воробьева А.И. Наноэлектроника. Учебное пособие. Минск: БГУИР, 2003. – 76с.
Қосымша
Абрамчук Н. С., Авдошенко С. Мтр., Баранов А. Н. с. Нанотехнологии - Азбука для всех / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. – М.: Изд. ФИЗМАТЛИТ. – 2008. – 368с.

11 Дәріс

(1 сағ; 15апта)
Тақырыбы. Нанотехнологияның соңғы кездегі жетістіктері
Сұрақтары

1 Зерттеу әдістері

2 Нанокристалдар.

3 Аэрогель.

4 Наноаккумуляторлар.
Монокристалл - барлық көлемде бірыңғай кристалдық торы болатын кристалл.

Монокристалдың сыртқы пішіні атом кристалды құрылымы мен кристалдану жағдайында анықталады. Сондай-ақ анықталған бір кристал тепе-тең емес кристалдануы кесілген табиғи қырлы әлсіз олып табылады. Табиғи қырлы монокристал мысалдарына кварц, тас тұз, исландия шпаты, гауһар, топаз жатады және олар монокристал ретінде қызмет етеді. Монокристалдан поликристалдық агрегаттары және поликристалды ажыратуға болады, себебі олар өте ұсақ монокристалдардан тұрады. Үлкен өнеркәсіптіктемонокристалдардың жартылай өткізкізтік және диэлектрлік түрі қолданылады. Атап айтқанда, кристалдардың кремнийі қазіргі заманғы қатты күйдегі электроника негізі болып табылады.



Аэрогель (лат. аer — ауа және gelatus — қатырылған) - негізгі құрамы ауадан тұратын әлемдегі ең жеңіл материал. Бұл материал графеннен жасалған. Ультра жеңіл материалдың тығыздығы гелийден төмен, ал сутектің көрсеткішінен екі есе аз болып келеді. Жаңа материалды осыдан үш жыл бұрын Қытайдың Чжэцзян Университетінің полимерлер технологиясы мен ғылымы зертханасының профессоры Гао Чао жетекшілік еткен ғалымдар тобы химиялық қоспалар негізінде ашқан болатын. Ол сол кезге дейін ең жеңіл материал болып келген аэрографит рекордын жаңартты. Аэрогельдің алғашқы полимерін 1931 жылы америкалық инженер-химик Сэмуел Стивенс Кистлер ашқан болатын. Дегенмен оның кейінгі дамуы тасада қалып қояды. Ал 2011 жылы бұл материалдың химиялық құрылымы қайта қарауға ие болып, жаңа зерттеу жұмыстары нәтижесінде материал толығымен көрініс табады. Кейде «мұздалған ауа» деп те аталатын материал құрылымының негізі ауа болып табылады. Оның тығыздығы – 0,9 мг/см3. Қазіргі таңда бұл материал Күн энергиясын жинақтайтын панельдерді зәулім ғимараттарға жабыстыру үшін қолдануда.

Аэрогель типі жеңіл, бірақ қатты көбік сияқты, көбік тәрізді нәрсе ұқсайды. Кезде ауыр жүк аэрогель жарықтар, бірақ жалпы бұл өте күшті материал болып табылады. Аэрогель үлгісі 2000 рет өз салмағы қуатына шыдай алады. Аэрогель, негізінде кварц – ол жақсы жылу оқшауландырғыш. Сондай-ақ олар өте гигроскопиялық болып табылады.

Негізі түрі аэрогельдердің түссіз. Олар көрінісі жарық және берілетін сары жарық көкшіл болып, ағаш тәрізді құрылымдары релативитік шашырау арқасында.жарықтары бөлінеді.

Көміртекті нанотүтікше (тубелены) — бұл бір немесе бірнеше алтыбұрышты графит түтікке прокат және жартылай молекулалық фуллерен ретінде қарастырылады, негізінде, жарты сфера нм өлшемді және бірнеше сантиметр ұзындығы бірнеше ондаған біріне сәйкес келетін түтікше түрі.



Нанотүтікше құрылымы

Нанотүтікше диаметрі бірнеше нанометр, ал ұзындығы оншақты микрон болатын милиондаған көміртегі атомынан тұратын молекула. Адамның шашының қалыңдығынан 100 мың есе аз нанотүтікшелер сирек кездесетін ете берік материал.Олар болаттан 50-100 есе берік, әрі тығыздығы алты есе аз. Нанотүтікшелерден космонавттар, өрт сөндірушілерге арналған ыңғайлы киімдер тігу үшін, ете берік және жеңіл композиттік материал, микроскопқа зонд жасауға болады. Олар өзінің салмағынан бірнеше тонна артық жүкке шыдайды. Ғалымдар соңғы кезде нанотүтікшенің ішіне басқа дененің атомдарын енгізіп, олардың қасиеттерін (тіпті изоляторды өткізгішке) өзгертуге болатындығын тәжірибе жүзінде дәлелдеді. Микроприборларда оларды сым ретінде қолданса, таңқалатыны, бойымен тоқ жүргенде жылу бөлінбейді. Нанотүтікшелер газды (әсіресе сутегі) сақтауға қауіпсіз материал. Автомобилдерге жанғыш элемент ретінде сутегіні пайдаланса, ол бензинге қарағанда экологиялық таза элемент, алайда сутегі мелшері үлкен баллонды қажет етеді. Ал машиналарға ауыр баллондарды салу олардың жылдамдығын азайтатын еді. Мүмкін болашақта автомобилдерге сутегімен толған қолданатын шығар. Америкалық «Carbon Nanotechnologies» тәулігіне 0,5-1 кг ғана нанотүтікше жасап шығара алады. Жапонияда  жылына 120 тонна нанотүтікше шығаратын зауыт та іске қосылуда. Энергияны генерациялайтын керемет гибридті наноматериал ойлап табылды. Техас және Луизиан атындағы Техникалық Университетінің  ғалымдары көміртекті нанотүтікшелері және мыс сульфидінің нанобөлшектері бар гибридті материал  ойлап тапты.Эксперимент нәтижесінде алынған наноматериал термоэлектрлік генератордың прототипін ойлап табу барысында қолданылды. Соның бір айғағы фуллерендер аккумуляторлық батареяларды шығаруға қолданылуда. Оның өз «ағайындарынан» айырмашылығы — сыйымдылығы бес есе көп, салмағы өте аз, жоғары экологиялық сапасы мен санитарлық қауіпсіздігінде. Батареяның бұл түрін жеке компьютерлер мен дыбыс аппараттарының қоректену көзіне пайдаланады. Бірақ, оны жүзеге асыру оңай шаруа емес. Өйткені, америкалық «Царбон Нанотецһнологіес» тәулігіне 0,5-1 кг ғана нанотүтікше жасап шығара алады. Бұл ретте Жапония да белгілі бір мөлшерде табысқа жетті. Мұнда жылына 400 кг фуллерен шығаратын тәжірибе зауыты салынуда. Сонымен бірге, осы елде жылына 120 тонна нанотүтікше шығаратын зауыт та іске қосылуда.1991 жылы профессор Сумио Иидзима ұзын көміртекті цилиндр-нанотүтікшені байқаған.

Бір-қабырғалы нанотүтікше хиральді индекстері (M, N) бірегей төмендегідей қарым-қатынас арқылы оның диаметрі D анықталады:






(1)

мұндағы d0 = 0,142 нм — бір графиттің көрші көміртегі атомдарының арасындағы қашықтық. Хиральді көрсеткіштер (M, N) және бұрышы α арасындағы байланыс мынадай болады.






(2)

Нанотрубки әр түрлі мүмкін болатын бағыттары арасында шығу тегі бар алтыбұрыш комбинациясы (M, N) құрылымында анықталады.. Бұл бағыттар, атап айтқанда, бұрыштары α = 0 (кресло конфигурациясы) және α = 30 ° (ирек конфигурациясы) сәйкес келеді. Конфигурация хиральді индекстері (м, 0) және (2n, N) тиісті.


1 сурет – Нанотүтікше көрінісі



Өзін – өзі бақылау сұрақтары

1 Нанотүтікше деген не?

2 Нанотүтікшенің қандай түрін білесіз? Олардың айырмашылығы неде?

3 Аэрогель деген не? Аэрогелдердің қандай түрі бар?

4 Монокристалл деген не?
Ұсынылған әдебиттер
Негізгі
Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы. М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 192 с.] [Гусев А.И., Ремпель А.А. Нанокристаллические материалы. – М.: Физматлит, 2001. – 224 с.

Миронов В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. - Нижний Новгород: Изд. РАН. – 2004. – 114 с.

Борисенко В.Е., Воробьева А.И. Наноэлектроника. Учебное пособие. Минск: БГУИР, 2003. – 76с.
Қосымша
Абрамчук Н. С., Авдошенко С. Мтр., Баранов А. Н. с. Нанотехнологии - Азбука для всех / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. – М.: Изд. ФИЗМАТЛИТ. – 2008. – 368с.

3 ЗЕРТХАНАЛЫҚ САБАҚТАР

Зертханалық сабақтар - студенттердің тәуелсіздігін қалыптастыруға бағытталған өздігімен жұмыс істеуге мен дағдылануға бағытталған.

Зертханалық сабақтары пәннің ең қиын мәселелерді тереңдетіп зерттеу арқылы жеңілдету және студенттердің өзіндік жұмысын қорытындылаудың негізгі формасы ретінде қызмет етуі тиіс. Бұл студенттер кәсіби құзыреттілігін дамытуға ықпал, сауаттылығын ашуды білдіреді және еркін пікір білдіруіне септігін тигізеді. Барлық осы заманғы маманға қажетті дағдыларды меңгеруге көмектеседі.
1 Зертханалық сабақ

(3 сағ, 1,2,3 апталар)
Тақырыбы. Зондық датчиктерді дайындау
Сабақтың мақсаты: Зондық сканерлеуші микроскопия негізін меңгері, оның жұмыс принціпін және ЗСМ оқу- зерттеу «Nanoeducator» құрылғысының зондық датчик әдісі арқылы электрохиялық улауды игеру.
Жұмыс істеу үшін нұсқаулар, зертханалық жұмыстарды қорғау мәселелері пайдалануға арналған әдістемелік нұсқау берілген.
2 Зертханалық сабақ

(2 сағ; 4, 5 апталар)
Тақыры. ЗСМ «Nanoeducator» құрылғысында жоғары бетін сканерлеу және оның көрінісін алу
Сабақтың мақсаты. ЗСМ оқу- зерттеу «Nanoeducator» құрылғысында жұмыс істеуге дағдылан.
Жұмыс істеу үшін нұсқаулар, зертханалық жұмыстарды қорғау мәселелері пайдалануға арналған әдістемелік нұсқау берілген.
3 Зертханалық сабақ

(2 сағ; 6,7 апталар)

Тақырыбы. Гибридты интегралды сызба және жылуөткізгіштер үшін материалдар.
Сабақтың мақсаты. Гибридты интегралды сызба және жылуөткізгіштер үшін қолданылатын материалдардың маңыздылығын игеру. Сипаттама беру.
Жұмыс істеу үшін нұсқаулар, зертханалық жұмыстарды қорғау мәселелері пайдалануға арналған әдістемелік нұсқау берілген.
4 Зертханалық сабақ

(3 сағ; 8, 9, 10 апталар)
Тақырыбы . ЗСМ бірінші көрісністі алу. Тәжірибені өңдеу және қорытынды шығару
Сабақтың мақсаты ЗСМ құрылғысын меңгеру және сапалы көріністер алу, алынған қортындысы өңдеуді игеру.
Жұмыс істеу үшін нұсқаулар, зертханалық жұмыстарды қорғау мәселелері пайдалануға арналған әдістемелік нұсқау берілген.
5 Зертханалық сабақ

(3 сағ; 8, 9, 10 апталар)
Тақырыбы. (СТМ) сканерлеуші туннельдік микроскопия арқылы қатты дененің бетін зерттеу әдісі.
Сабақтың мақсаты. СТМ құрылғысын меңгеру және әртүрлі мысалдар арқылы қатты дененің беткі қабатын зеттеу.
Жұмыс істеу үшін нұсқаулар, зертханалық жұмыстарды қорғау мәселелері пайдалануға арналған әдістемелік нұсқау берілген.

4 МАГИСТРАНТТЫҢ ӨЗДІК ЖҰМЫСТАРЫ

Кредиттік оқыту жүйесі бойынша үй тапсырмаларын орындауда магистрантардың өздік жұмысын ұйымдастырудың сапасын арттыру үшін жоғары талаптар қойылған.


1 кесте - МӨЖ жоспары

МӨЖ

Кіріспе. Нанотехнологияның даму үрдістері

1 дәріс материалдарын меңгеру.

6 сағат


Газдық ортадан химиялық тұндыру. Газдық фазадан плазма-химиялық тұндыру

2 дәріс материалдарын меңгеру.

8 сағат


Зондық датчиктерді дайындау

1 ЗЖ тапсырмасын орындау.

8 сағат


Легирлеу (қоспалау). Молекулалық - сәулелік эпитаксия.

3 дәріс материалдарын меңгеру.

6 сағат


Қолданыстағы зондық сканерлеушілер, әдістері

4 дәріс материалдарын меңгеру.

8 сағат


ЗСМ «Nanoeducator» құрылғысында жоғары бетін сканерлеу және оның көрінісін алу

2 ЗЖ тапсырмасын орындау.

8 сағат


Сканерлеуші туннельдік микроскопия.

5 дәріс материалдарын меңгеру.

6 сағат


Атомдық инженерия.

6 дәріс материалдарын меңгеру.

8 сағат


Гибридты интегралды сызба және жылуөткізгіштер үшін материалдар.

3 ЗЖ тапсырмасын орындау.

8 сағат


1 Аралық бақылау .

7апта


8 сағат

Наноқұрылымды қалыптастыру зондық әдістері.

7 дәріс материалдарын меңгеру.

9 сағат


Наноөлшемді суреттерді қалыптастыру әдістері.

8 дәріс материалдарын меңгеру.

8 сағат


ЗСМ бірінші көрісністі алу. Тәжірибені өңдеу және қорытынды шығару

4 ЗЖ тапсырмасын орындау.

8 сағат


Өзін-өзі реттейтін процесс.

9 дәріс материалдарын меңгеру.

6 сағат


Наноқұрылымды материалдар қалыптастыру.

10 дәріс материалдарын меңгеру.

8 сағат


СТМ) сканерлеуші туннельдік микроскопия арқылы қатты дененің бетін зерттеу әдісі

5 ЗЖ тапсырмасын орындау.

8 сағат


Нанотехнологияның соңғы кездегі жетістіктері.

11 дәріс материалдарын меңгеру.

6 сағат


Қорытынды аралық бақылау

15 апта.


8 сағат


©dereksiz.org 2016
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет