Пьезоэлектрондық мотор немесе пьезомотор – бұл жұмысы пьезокристалдарға негізделген мотор. Электр кернеуінің әсерінен олар өз пішіндерін өзгертеді: сығылады және кеңейеді, айналады және майысады, осылайша механикалық қозғалыс жасай алады. Пьезоэлектрлік ұстағыштар ЖЭМ-де нанокристалдар мен көміртекті түтікшелердің өзара әсерін зерттеу үшін, сонымен қатар нақты наноқұрылымдағы атомдар мөлшерін есептеуге мүмкіндік беретін жеке бірнеше қатар атомдардың өткізгіштігін өлшеу үшін қолданылады. Нанобасқарушылар жаңа электрондық сызбанұсқаларды тексеру барысында жиі қолданылады, себебі олардың зондтары ұсақ электрлік байланыстармен түйісу үшін өте кішкентай болып келеді.
Наноаспаптар. Ғалымдар нанотехнологияларды қолданудың жаңа салаларын табуға тырысады (компьютерлерден бастап қатерлі ісікке қарсы дәріге дейін) және бір уақытта аса күрделі аспаптарды (СЭМ, СПМ, СЭМ және т.б.) нанокұрылымдардың қасиетін зерттеу үшін пайдаланады. Олар бұл аспаптарды жаңа наноматериалдарды зерттеу, модельдеу және жасау үшін қолданады. Аспаптар үш категорияға бөлінеді: зерттеуге арналған инспекциондық аспаптар, сипаттамаларын беру үшін модельдеу аспаптары және нанобөлшектер мен наноматериалдарды дайындауға арналған өндірістік аспаптар. Бұның барлығы зерттеулердің жаңа салаларында және нанотехнология қосымшаларында маңызды рөл атқарады.
4
№ 8-9
дәріс
Нанобөлшектер мен наноматериалдарды зерттеу әдістері
Қарастырылатын сұрақтар (дәріс жоспары):
1. Масс-спектрлік талдау әдісі
2. Микроскопия
3. Спектроскопия
Дәрістің қысқаша мазмұны: 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.
Сканерлеуші туннельдік 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 өнертабысы 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 контролері.
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 микроскоптың жұмыс сызбасы
Осы дәріске ағымдық, аралық, қорытынды бақылау бойынша тест тапсырмалары және сұрақтар
4
№ 10
дәріс
Нанотехнологиялардың қазіргі жетістіктері және негізгі даму бағыттары
Қарастырылатын сұрақтар (дәріс жоспары):
1. Нанокристалдар
2. Аэрогель
3. Наноаккумуляторлар
