НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ МОСКОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ Факультет Автоматики и Электроники
Кафедра Микро- и наноэлектроники
Курс «Компьютерный Практикум»
ВВЕДЕНИЕ В НАНОТЕХНОЛОГИИ
Выполнил студент:
Варцабюк Никита Валерьевич
Группа: А4-09
Преподаватель: доцент
Лапшинский Валерий Алексеевич
Дата: 19 мая СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение
2. Глоссарий
3. История нанотехнологий
4. Оборудование нанотехнологии
5. Наноэффекты в природе
6. Заключение
7. Список используемой литературы
ВВЕДЕНИЕ
Чему посвящена данная работа? Модным в наше время нанотехнологиям. Задача: раскрыть смысл этого понятия и дать начальные сведения из истории данной науки. В работе рассматриваются оборудование нанотехнологий и наноэффекты в природе.
ГЛОССАРИЙ
Нано – одна миллиардная (10-9) доля чего-либо. Примерно таковы и размеры молекул.
Технология — совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния (свойств, формы) первоначального сырья в процессе производства конечной продукции.
Балк-технология – технология, которую можно проследить от ручной обработки камня до кремниевых чипов, оперирующая сырьём, представляющим собой большие совокупности атомов и молекул.
Атом – мельчайшая частица химического элемента, носитель его свойств, способный образовывать с другими атомами более сложные конструкции – молекулы.
Нанотехнология – совокупность методов производства продуктов с заданной атомарной структурой путём манипулирования атомами и молекулами.
Ассемблер – это молекулярная машина, способная к саморепликации, которая может быть запрограммирована строить практически любую молекулярную структуру или устройство из более простых химических строительных блоков. [1]
ИСТОРИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ
- 1905 – Швейцарский физик Альберт Эйнштейн опубликовал работу, в которой доказал, что размер молекулы сахара составляет примерно 1 нанометр.
- 1931 – Немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали электронный микроскоп, который впервые позволил исследовать нанообъекты.
- 1959 – Американский физик Ричард Фейнман впервые опубликовал работу, где оценивались перспективы миниатюризации. Фейнман научно доказал, что с точки зрения фундаментальных законов физики нет никаких препятствий к тому, чтобы создавать вещи прямо из атомов.
- 1968 – Альфред Чо и Джон Артур, сотрудники научного подразделения американской компании Bell, разработали теоретические основы нано-обработки поверхностей.
- 1974 – Японский физик Норио Танигучи ввёл в научный оборот слово «нанотехника», предложив называть так механизмы размером менее 1 микрона.
- 1981 – Германские физики Герд Бинниг и Генрих Рорез создали сканирующий туннельный микроскоп – прибор, позволяющий осуществлять воздействие на вещество на атомарном уровне.
- 1985 – Американские физики Роберт Керл, Хэрольд Крото и Ричард Смоли создали технологию, позволяющую точно измерять предметы диаметром в 1 нанометр.
- 1986 – Создан атомно-силовой микроскоп, позволяющий осуществлять взаимодействие с любыми материалами, а не только проводящими.
- 1986 – Нанотехнология стала известна широкой публике. Американский футуролог Эрик Дрекслер опубликовал книгу, в которой предсказал, что нанотехнология в скором времени начнёт активироваться.
- 1989 – Дональд Эйглер, сотрудник компании IBM, выложил название своей фирмы атомами ксенона.
- 1998 – Голландский физик Сеез Деккер создал нанотранзистор.
- 2000 – Администрация США объявила «Национальную нанотехнологическую инициативу».
- 2004 – Администрация США поддержала «Национальную наномедицинскую инициативу».
ОБОРУДОВАНИЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ
В начале ХХ века появилась идея изучать вещество, не увеличивая визуально исследуемую площадь его поверхности, а как бы трогая её. Здесь пригодился туннельный эффект, на основе которого в 1981 году был создан первый сканирующий туннельный микроскоп. Туннельный эффект основан на корпускулярно-волновом дуализме – двойственной природе элементарных частиц.
С помощью сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) в 1982 году впервые получили изображение поверхности золота, а затем и кремния с атомарным разрешением. Рабочий орган СТМ – зонд – это токопроводящая металлическая игла. Зонд подводится к изучаемой поверхности на очень близкое расстояние (≈ 0,5 нм) и при подаче на зонд постоянного напряжения между ними возникает туннельный ток, который экспоненциально зависит от расстояния между зондом и образцом. Т.е. при увеличении расстояния на 0,1 нм туннельный ток уменьшается почти в 10 раз. Это обеспечивает высокую разрешающую способность микроскопа.
Механический манипулятор – обеспечивает перемещение зонда над поверхностью с точностью до тысячных долей нанометра. В 1986 году созданы атомно-силовые микроскопы (АСМ). АСМ позволяет исследовать поверхности с атомной точностью, но не обязательно электропроводящие.
Работа АСМ основана на использовании сил межатомных связей. На малых расстояниях между атомами двух тел действуют силы отталкивания, а на больших – силы притяжения. Такие тела: исследуемая поверхность и скользящее над ней остриё. Зонд – алмазная игла. Позже был создан ряд сканирующих зондовых микроскопов (СЗМ).
Наиболее известны в наше время:
1) туннельные зонды;
2) атомно-силовые зонды;
3) оптические зонды ближнего поля;
4) магнитные силовые зонды;
5) электростатические силовые зонды и др.
Кроме определения различных параметров, современные СЗМ позволяют манипулировать нанообъектами, обеспечивать захват отдельных атомов и перенос их в новую позицию, производить атомарную сборку проводников шириной в 1 атом, придавая поверхностям различных предметов новые нужные качества. НАНОЭФФЕКТЫ В ПРИРОДЕ
Геккон – безобидная красивая ящерка, обладающая уникальной способностью лазать где угодно и как угодно. Гекконы не только взбираются по отвесным стенам – они с такой же лёгкостью ходят по потолку или оконному стеклу. Учёные не могли понять, каким образом геккон бегает по совершенно гладкому вертикальному стеклу, не падая и не соскальзывая, ведь у него на лапах нет ничего похожего на присоски, и не выделяется клейкая жидкость.
Разгадка была поразительной: при движении геккон использует законы молекулярной физики. Учёные изучили лапку геккона под микроскопом [2]. Выяснилось, что она покрыта мельчайшими волосками диаметр которых в 10 раз меньше диаметра человеческого волоса. На кончике каждого волоска находятся тысячи мельчайших подушечек размером двести миллионных долей см. Снизу подушечки прикрытии листочками ткани, а каждый листочек покрыт сотнями тысяч тонких волосообразных щетинок. А щетинки, в свои очередь, делятся на сотни лопатообразных кончиков, диаметр каждого из которых всего 200 нм. Сотни миллионов этих волосков позволяют цепляться за малейшие неровности поверхности. Оказалось, здесь работают силы Ван-дер-Ваальса, или силы межмолекулярного взаимодействия. Теория Ван-дер-Ваальса основывается на квантовой механике. Молекулы веществ на малых расстояниях отталкиваются, а на больших – притягиваются (такой же принцип положен в основу АСМ).
Силы Ван-дер-Ваальса малы, но расположение волосков на пальчиках гекконов позволяет обеспечить достаточно большую поверхность взаимодействия, чтобы ящерица могла удержаться на потолке при помощи всего одного пальца своей пятипалой лапы или кончика хвоста.
 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Эта работа была посвящена нанотехнологиям, их оборудованию и эффектам, встречающимся в природе.
Нанотехнологии очень актуальная в наше время тема.
Бытуем мнение, что человечество получит исключительно комфортную среду обитания, в которой не будет места ни голоду, ни болезням, ни изнурительному физическому труду. А в перспективе нас ждёт возникновение «разумной среды обитания» (т. е. природы, ставшей непосредственной производительной силой). Нанокомпьютеры и наномашины заполнят собой все окружающее пространство: они будут находиться между молекулами воздуха, присутствовать в каждом предмете, в каждой клетке человеческого организма. Весь окружающий мир превратится в один гигантский компьютер или, что, пожалуй, будет вернее, человечество сольется с окружающим миром в единый разумный организм. Время, потраченное на выполнение задания, составляет примерно 2 часа. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Рыбалкина М., «Нанотехнологии для всех. Большое – в малом», М.: Nanotechnology News Network, 2005;
2. http://www.nanonewsnet.ru/ - сайт о нанотехнологиях №1 в России;
3. http://popnano.ru/studies/index.php?task=view&id=132 – популярные нанотехнологии. |
