МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИХ ДЕФЕКТОВ

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИХ ДЕФЕКТОВ

Тематический реферат по дисциплине «ФОТЭС»

	Студент гр. 236-1
	_________	К. А. Щечилина
	_________
	^(дата)

	Руководитель
	Ст. преп. Канд. хим. наук.
______	_________	А. А. Иванов
^{(оценка)}	_________
	^(дата)

Содержание

1 Введение. 3

2 Характеристики наноматериалов. 4

3 Микроскопические методы. . 5

3.1 Просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ) 6

3.2 Сканирующий туннельный микроскоп. 7

3.3 Сканирующий атомно–силовой микроскоп. 8

3.4 Метод малоуглового рассеяния рентгеновских лучей. 10

3.5 Растровый электронный микроскоп. 11

3.6 Профилометрия. 13

3.7 Масс-спектрометрия вторичных ионов. 14

Список использованных источников. 16

Введение

Известно, что нанотехнологии — это способы получения нанома-

териалов, способы создания наноустройств и способы оперирования

с нанообъектами. Систематическая и целенаправленная разработка

фундаментальных основ нанотехнологий началась в 80-х годах XX века.

В настоящее время фундаментальные разработки претворяются в прак-

тические решения и начинают влиять на жизнь каждого человека. Дей-

ствительно, в настоящее время наноматериалы используются в различ-

ных областях физики, химии, техники, биологии и медицины.

В основном интерес к наноматериалам связан с тем, что умень-

шение размера частиц твердого вещества ниже некоторого критиче-

ского может приводить к значительному изменению их свойств. Кри-

тический размер частиц, при котором происходит скачкообразное

изменение свойств, для большинства твердых веществ варьируется от 1 до 100 нм. Поскольку этот размер лежит в области нанометров, то и материалы, в которых наблюдаются размерные эффекты на свойствах, называются наноматериалами.

Методы нанотехнологий для получения наноматериалов мож-

но подразделить на два принципиально разных типа: снизу-вверх

и сверху-вниз. В первой группе методов нанотехнологий реализуется

образование наночастиц из атомов и молекул, т.е. достигается укруп-

нение исходных частиц до частиц нанометрового размера. Во второй

группе методов нанотехнологий нанометровые размеры частиц дости-

гаются с помощью дробления крупных частиц, порошков или зерен

в твердых телах. Деление нанотехнологий на две группы проводит-

ся с учетом ключевой стадии, при которой собственно и образуется

наноструктура. Можно сказать, что первая группа методов

нанотехнологий в большей степени основана на химическом подхо-

де, а вторая — на физическом.

Характеристики наноматериалов

В процессе аттестации наноматериалов необходимо подтвердить ряд характеристик материала, которые определяют основные физико–химические свойства продукции и которые важны для потребителя.

В то же время, наноматериалы являются весьма сложными объектами для изучения и аттестации. Это связано с малыми размерами структурных составляющих, спецификой многих физических свойств, большой протяжённостью границ и поверхностей раздела фаз, присутствием разупорядоченных и аморфных составляющих, формированием метастабильных и неизвестных до сих пор фаз, высокой реакционной способностью и т.д. Поэтому многие методы исследования и аттестации крупнокристаллических материалов не применимы для наноматериалов, а ряд способов требуют существенных изменений и доработки.

Важнейшей характеристикой наноматериалов является размер частиц порошка или зёрен массивного материала.

Величина удельной поверхности – одна из важнейших характеристик наноматериала, определяющая активность протекания физико–химических процессов, многие технологические свойства, взаимодействие с окружающей средой и т.д.

Удельной поверхностью называют площадь, которую имеет 1 грамм (или килограмм) того или иного вещества.

Обозначают эту величину как Sуд, её размерность [м2/г] или [м2/кг]. Удельная поверхность таких материалов как цеолиты и активированные угли может достигать значений 400 – 500 м2/г, а традиционные порошковые материалы характеризуются меньшими значениями – 0, 05 ¸ 2 м2/г.

Удельная поверхность порошков определяется дисперсностью, формой и состоянием поверхности частиц.

В настоящее время для определения удельной поверхности используются методы измерения газопроницаемости и адсорбции.

Микроскопические методы

Для определения среднего размера частиц или зёрен наноматериалов прямыми и наиболее наглядными являются микроскопические методы.

Электронные микроскопы в настоящее время дают разрешение 1 – 10 нм, а микроскопы новейших конструкций – 0, 2 нм. Таким образом, электронная микроскопия является важным методом прямого исследования среднего размера частиц и зёрен наноматериалов.

Электронная микроскопия позволяет надежно установить важнейшие характеристики материала – форму частиц и зёрен; исследовать морфологию образца: форму, размеры, расположение фаз и структурных составляющих; изучить дефекты кристаллической решётки: дислокации, дефекты упаковки. Кроме того, современные микроскопы оснащены рядом приставок для элементного, фазового, структурного анализа, которые превращают микроскопы в чрезвычайно гибкие аналитические инструменты, обеспечивающие различные потребности физико–химического анализа.

Существуют просвечивающие, растровые, зондовые и некоторые другие виды электронных микроскопов.

Просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ)

Просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ) является вакуумным прибором с электромагнитной оптической системой, позволяющей получить в проходящих электронных лучах изображение исследуемого объекта в светлом и тёмном поле на прямом и дифрагированном лучах, соответственно, а также электронограммы.

Изучение размерных характеристик и морфологии наноматериалов эффективно с помощью растровой электронной микроскопии (РЭМ). В растровой электронной микроскопии поверхность исследуемого образца облучается тонко сфокусированным электронным зондом диаметром 1, 5 – 5 нм, совершающим возвратно-поступательные движения по линии или развёртывающимся в растр.

Растр – совокупность близко расположенных параллельных линий, вдоль которых зонд обегает выбранный участок на поверхности образца.

В РЭМ возможно различать участки изучаемых объектов размером 5 – 10 нм.

Для РЭМ характерна большая глубина резкости, что позволяет исследовать поверхность и приповерхностную структуру массивных тел, глубоко протравленные образцы, поверхности разломов, дендритные и фрактальные структуры. На РЭМ успешно изучаются порошковые материалы: морфология частиц, компактность, средний размер частиц и, в ряде случаев, их распределение по размерам. Для изучения наноматериалов в последнее десятилетие активно используются методы сканирующей зондовой микроскопии и, прежде всего, туннельная и атомно–силовая.

Профилометрия

Профилометрия — процесс измерения («снятия») профиля сечения поверхности в плоскости, перпендикулярной к ней и ориентированной в заданном направлении.

Графическое изображение профиля, снятого в ходе профилометрии, называется профилограммой. Информация, получаемая в ходе обработки профилограмм, используется для расчёта стандартных параметров и позволяет производить качественную и количественную оценку шероховатости исследуемых поверхностей. Множество профилограмм, снятых с определённым шагом и последовательно расположенных в трёхмерной системе координат, даёт наглядное представление о топографии поверхности.

Регистрация профилограмм, а также получение трёхмерного изображения поверхностей твёрдых тел может производиться приборами контактного или бесконтактного типа. Приборы, предназначенные для этого, называются профилометрами или профилографами. В приборах контактного типа копирование профиля осуществляется путём перемещения иглы по шероховатой исследуемой поверхности. К приборам бесконтактного типа относятся оптические и растровые электронные микроскопы, а также приборы, использующие для сканирования поверхности монохроматическое (в частности, лазерное) излучение.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИХ ДЕФЕКТОВ

Тематический реферат по дисциплине «ФОТЭС»

	Студент гр. 236-1
	_________	К. А. Щечилина
	_________
	^(дата)

	Руководитель
	Ст. преп. Канд. хим. наук.
______	_________	А. А. Иванов
^{(оценка)}	_________
	^(дата)