Тематичний архів статей

 Нові методи одержання функціональних матеріалів Для наноелектроніки, нанобіології І зондової мікроскопії


          Нові методи отримання функціональних матеріалів для наноелектроніки, нанобіології і зондової мікроскопії
 
  

Опубліковано на www.cmcons.com


 Введення
  

Згідно емпіричному закону Мура - кількість транзисторів на кристалі подвоюється кожні півтора-два роки, що є природним результатом розвитку нанотехнології. Основу наноелектроніки становлять ті ж самі елементи, що і в мікроелектроніці - транзистори, але з нанометрових розмірів. Завдяки унікальним фізичним властивостям та структурним особливостям вуглецеві нанотрубки в даному випадку є ідеальними претендентами на роль елементів для електронних схем.


  

Те ж відбувається в біології та медицині. Отримання нових наноматеріалів дозволяє створювати системи фільтрації і опріснення води, а також фільтри для очищення газів і повітря. Завдяки великій щільності нанотрубок на одиницю площі подібні фільтри набагато швидше й ефективніше проводять очищення рідин в порівнянні з поширеними зараз полікарбонатні фільтрами.


  

Вуглецеві нанотрубки - протяжні циліндричні структури з атомів вуглецю діаметром від одного до декількох десятків нанометрів і завдовжки до декількох мікрон. Вони володіють особливою міцністю і пружністю. При використанні певних методів отримання нанотрубок вони виходять малодефектнимі, із заздалегідь заданою структурою і напрямом зростання.


 Методи отримання
  

Був розроблений і запатентований новий спосіб отримання нанотрубок - метод омічного нагрівання графітової папери [1] . У цьому методі для отримання вуглецевих нанотрубок спочатку на графітову папір наносять силікагель, що містить каталізатори (Ni, Co і Fe). Потім папір поміщають у вакуумну установку і нагрівають до 700 оС.


  

Також використовувався раніше розроблений метод магнетронного напилення вуглецевих плівок з нанотрубками [2] . Їх напилюють у вакуумній камері, використовуючи метод магнетронного напилення при постійному струмі. При цьому процес напилення проводять при тиску інертного газу в камері (1-5) · 10-2 Торр і силі постійного струму живлення мішені 40 - 100 мА. В якості мішені використовується графіт з каталізаторами Y, Ni, Co. Дані параметри є оптимальними. Вихід за їх межі знижує коефіцієнт розпилення матеріалу графітової мішені і зменшує продуктивність процесу.


  

Отримані зразки вивчалися методами скануючої тунельної (ВТМ), атомно-силовий (АСМ), растрової електронної (РЕМ) і просвічується електронній (ПЕМ) мікроскопіі.Y-і V-подібні нанотрубки. Дослідження методом ВТМ проводилися на нанотехнологічному комплексі «Умка» [3, 4] . Сканування проводилося при безпосередньому приміщенні зразка в блок сканування без додаткових обробок. Струм сканування I = 0,5 nA, а напруга U = 0,5 V. Методом струмового відпалу графітової паперу з використанням наночастинок заліза в якості каталізатора були отримані Y-подібні (рис. 1а) і V-подібні (рис. 1б) нанотрубки.


 
   Нові методи одержання функціональних матеріалів Для наноелектроніки, нанобіології І зондової мікроскопії
 Рис. 1. ЗБ-СТМ-зображення а) Y-образної нанотрубки (розмір зображення 0,6 * 0,6 мкм), б) V-подібною нанотрубки (розмір зображення 2 * 2 мкм).

 
 
 X-подібні нанотрубки і нанотрубки з нанопочкамі
  

Зразки, отримані методом магнетронного напилення, досліджувалися методами ПЕМ. Дослідження проводилися на мікроскопах LEO 912 AB OMEGA і JEM - 2000 EXII. За результатами дослідження можна зробити висновок, що вуглецева плівка на поверхні золота на слюди містить нанотрубки різної форми. Наприклад, були виявлені Х-подібні багатошарові нанотрубки довжиною ~ 1,7 мкм (рис. 2а). А також вуглецеві нанотрубки вкриті фулеренами або половинками фулеренів, так званими «нанопочкамі» (рис. 2б). Нанопочкі можуть бути порожнистими або заповнені матеріалом. В отриманих зразках деякі нанопочкі були заповнені частинками каталізатора - Y.


   Нові методи одержання функціональних матеріалів Для наноелектроніки, нанобіології І зондової мікроскопії
 Рис. 2. ПЕМ-зображення а) Х-образної багатошарової нанотрубки, б) нанотрубок з «нанопочкамі».

 
 Вертикально-орієнтовані нанотрубки і зонди з нанотрубками
  

Найбільш цікаві результати дослідження на растровому мікроскопі були отримані на зразках пористого кремнію піддавалися магнетронного напилення. Дослідження проводилися на мікроскопі FEI Quanta 200 3D. Поверхня зразків виявилася покрита рівним шаром вертикально орієнтованих до підкладки нанотрубок товщиною ~ 1,6 мкм (рис. 3). Діаметр нанотрубок 50-60 нм.


 
   Нові методи одержання функціональних матеріалів Для наноелектроніки, нанобіології І зондової мікроскопії
 Рис. 3. РЕМ-зображення нанотрубок вертикально орієнтованих до підкладки з пористого

  

Так само метод магнетронного напилення використовувався для отримання вуглецевої нанотрубки на кінчику зонда для використання в зондової мікроскопії для прецезіонного сканування (мал. 4а). В якості заготовок зондів використовувалася платино-Іридієві дріт. Сканування на зондової мікроскопії показало, що зонди з нанотрубками дозволяють отримувати зображення з роздільною здатністю атомарним (рис. 4б) навіть при скануванні у повітряному середовищі. Крім того, подібні зонди відрізняються міцністю, малодефектностью та зносостійкість.


 
   Нові методи одержання функціональних матеріалів Для наноелектроніки, нанобіології І зондової мікроскопії
 Рис. 4. а) РЕМ-зображення зонда з вуглецевої нанотрубки, б) зображення високо-орієнтованого піролітичної графіту, отримане на зондової мікроскопії з використанням зонда з нанотрубки.

 
 Застосування
  

Основним потенціалом використання нанотрубок в наноелектроніці є можливість створення субмікронних елементів для електронних схем - нанотранзисторів, нанодіодов, нанокатодов. Втім, робота цих елементів відмінна від роботи аналогічних елементів у мікроелектроніці. У міру наближення розмірів твердотільних структур до нанометровій області дедалі більше проявляються квантові властивості електрона. В його поведінці переважаючими стають хвильові закономірності, характерні для квантових частинок. З одного боку, це призводить до порушення працездатності класичних транзисторів, що використовують закономірності поведінки електрона як класичної частки, а з іншого - відкриває перспективи створення нових унікальних перемикаючих, запам'ятовуючих і підсилюючих елементів для інформаційних систем.


  

Вуглецеві нанотрубки з «нанопочкамі» володіють більшою площею поверхні і великою кількістю точок - джерел емісії електронів. Тому на їх основі можуть бути створені нові типи екранів. Зерно зображення при цьому виходить украй малим, що забезпечує неперевершену чіткість зображення. Поява нанопочкі на поверхні вуглецевої нанотрубки змінює електронні властивості трубки в даній області, що може бути використане в різних додатках, таких як квантові точки та пристрої пам'яті терабітного діапазону на їх основі.


  

Прозорі провідні поверхні з нанотрубок так само стануть в нагоді для створення антен, хвилеводів і уповільнюють структур. Уповільнення хвиль поверхнею застосовується в електроніці для забезпечення спільної роботи з електронним потоком.


  

Іншими продуктами наноелектроніки з нанотрубок можуть стати паливні елементи і енергоустановки на їх основі. В даний час в паливних елементах використовуються електрокаталізатори (метали платинової групи) на вуглецевих носіях, але нанотрубки є найбільш ефективним видом носіїв каталізаторів для даних задач.


  

Для створення фільтрів на основі нанотрубок найбільш придатні нанотрубки вертикально орієнтовані до підкладки. Завдяки великій щільності нанопор на одиницю площі подібний фільтр набагато швидше проводить очищення рідин. Це дозволяє створювати на основі наномембрани системи фільтрації і опріснення води, а також фільтри для очищення газів і повітря. У порівнянні з полікарбонатною фільтрами, нанотрубки характеризуються і меншим межею пропускаються частинок.


  

Зонди з нанотрубками застосовуються як для прецезіонного сканування, так і для нанолітографіі. Крім того, особоострие зонди знайдуть своє застосування в починаючій розвиватися новій галузі зондової мікроскопії - спектрометрії для тунельної-спектроскопічних вимірювань.


 Висновок
  

Описані методи отримання вуглецевих нанотрубок забезпечують швидке і маловитратні отримання практично будь-яких видів нанотрубок з наперед заданими властивостями. Отримувані нанотрубки найбільш придатні для використання в наноелектроніці, нанобіології, зондової мікроскопії та інших нових галузях науки і техніки.


 Список літератури
  

1. С.В. Антоненко, О.С. Малиновська, С.М. Мальцев Патент № 2294892 пріоритет від 11.07.2005, бюл. № 7, 10.03.2007, c. 5.


  

2. С.В. Антоненко, О.С. Малиновська, С.М. Мальцев «ПТЕ» », 2007, т. 50, № 4, с. 543 - 544.


  

3. С.В. Антоненко, О.С. Малиновська, С.М. Мальцев «ЖЭТФ», 2007, т. 132, № 1, с. 227 - 229.


  

4. С.В. Антоненко, О.С. Малиновська, С.М. Мальцев «Нанотехніка», 2007, № 3 (11), с. 8-14.


  

Дивитись презентацію про нанокомплексе УМКА


  Схожі новини:
  •  Створено технологію комп'ютерного відновлення чіткого зображення з нечітк ...
  • Методи Нанесення логотипу на сувенірну продукцію
  • Термотрансфер У Поліграфічної Продукції
  • Оптичний спектрометр: Якісно Новий Рівень Вимірів
  • Відремонтовані Деталі Краще Нових!