Итоговая работа (Практика в Лаборатории биофизических и специальных информационно-измерительных систем)

Министерство образования и науки

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени Н.Э. БАУМАНА

Факультет «Радиоэлектроника и лазерная техника»

Кафедра «Оптико-электронные приборы научных исследований»

ОТЧЕТ

о прохождении технологической практики

на предприятии ФГУП «ВНИИОФИ»

(наименование предприятия)

cтудентки 4 курса

группы РЛ3-71

О. В. Польщиковой

(Фамилия И.О. студента)

Научный руководитель от предприятия: начальник лаборатории биофизических и специальных информационно-измерительных систем, д.т.н., Ф. В. Булыгин

(ученая степень, должность, Фамилия И.О.)

(подпись) (дата)

Научный руководитель от кафедры: доцент кафедры РЛ3 Е. М. Родионов

(ученая степень, должность, Фамилия И.О.) (подпись) (дата)

Москва

2011

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………………………...3

1. Постановка задачи практики………………………………………………………….6

2. Нормативно-правовое обеспечение…………………………………………………..7

   1. Метрологическое обеспечение……………………………………………………7

   2. Основы охраны труда и техника безопасности………………………………….9

3. Особенности работы средств измерений, применяемых в нанотехнологиях……10

   1. Чистые помещения……………………………………………………………….10

   2. Ознакомление с работой измерительных приборов нанодиапазона….....……14

4. Конфокальная микроскопия…………………………………………………………24

   1. История создания и принцип действия конфокального микроскопа……...….24

   2. Оптические характеристики……………………………………………………..27

   3. Методика работы с конфокальным микроскопом Veeco VCM-200…………..30

5. Результаты экспериментальных исследований…………………………………….40

Заключение……………………………………………………………………………….45

Список использованных источников………………………………………………...…46

Приложение А – Протокол испытаний…………………………………………………47

ВВЕДЕНИЕ

Технологическая практика студентки 4 курса группы РЛ3-71 О. В. Польщиковой была пройдена в Лаборатории биофизических и специальных информационно-измерительных систем Федерального государственного унитарного предприятия «Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений» Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии РФ. Лаборатория занимается проведением фундаментальных и прикладных научных исследований в области метрологического обеспечения и оценке соответствия разработки и производства изделий нанофотоники и наноэлектроники.

Для описания подходов к метрологическому обеспечению нанотехнологий целесообразно привести определение нанотехнологий. «Нанотехнологии – это совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм хотя бы в одном измерении и в результате этого получившие принципиально новые качества, позволяющие осуществить их интеграцию в полноценно функционирующие системы большого масштаба» [1].

Возникновение такого нового и междисциплинарного направления развития науки и техники как нанотехнологии может быть объяснено следующим образом. По мере развития оптики, химии и биологии появились междисциплинарные области знаний (например, рефрактометрия образовалась на стыке оптики и химии, фармакология – химии и биологии, рисунок 1). Развитие инструментальной и приборной базы послужило развитию направлений, связанных с уменьшением характерного исследуемого размера (например, оптика тонких пленок, коллоидная химия, изучение генома). На определенном этапе по достижении порога в 100 нм хотя бы по одному направлению начинает проявляться квантовомеханическая природа поведения объектов наномира и проявляются размерные эффекты. Наблюдается ряд новых свойств. Направление науки, когда все три области начинают развиваться очень тесно, и называют нанотехнологиями. Объединяются они с помощью метрологии, методов наблюдений, измерений и манипулирования.

Рисунок 1 – Происхождение нанотехнологий

Определяющую роль для развития и становления нанотехнологий сыграли два события:

1. Создание сканирующего туннельного микроскопа (СТМ – 1981 г.) и атомно-силового микроскопа (АСМ – 1986 г.). Эти приборы впервые позволили получить изображения отдельных атомов и манипулировать ими.

2. Открытие новой формы существования углерода в природе – фуллеренов и углеродных нанотрубок (1990-1991 г.) (рисунок 2).

Углеродные нанотрубки обладают повышенными теплопроводностью, прочностью на разрыв, предельной температурой; сверхпроводимостью и оптическими свойствами. Возможные применения нанотрубок: композитные материалы, микроэлектроника, нейрокомпьютерные разработки, трос для космического лифта (так как нанотрубки теоретически могут держать и больше тонны; но пока получить достаточно длинные углеродные трубки с толщиной стенок в один атом и достаточными механическими свойствами не удавалось).

а) б)

Рисунок 2 – Аллотропные формы углерода: а) – Фуллерен С₆₀; б) – углеродные нанотрубки

Из других интересных материалов нанотехнологий можно выделить фотонные кристаллы и оптические метаматериалы (изготовление суперлинзы с отрицательным показателем преломления); плазмонные материалы, которые могли бы делать объекты невидимыми (рисунок 3). Вершина нанотехнологий - «мыслящая пыль» - массив нанороботов, самореплицирующихся из кремниевой «биомассы».

Рисунок 3 – Оптически «прозрачная» полость – «плащ-невидимка»

1 Постановка задачи практики

Лаборатория биофизических и специальных информационно-измерительных систем обладает развитой приборной базой, включающей эталонные комплексы, меры, средства измерений различных типов для исследования двух- и трехмерных распределений оптико-физических параметров наноструктурированных материалов и изделий наноиндустрии. В чистых помещениях установлены передовые измерительные приборы. В подразделении разработаны методики поверки и калибровки приборов, методики измерения размеров и другие нормативные документы.

Таким образом, данная лаборатория обладает большим потенциалом для обеспечения прохождения практики.

В задачи практики входит:

1. ознакомление с понятием нанотехнологий и их метрологического обеспечения;

2. ознакомление с основами обеспечения единства измерений в Российской Федерации;

3. ознакомление с работой измерительных приборов нанодиапазона;

4. ознакомление с методикой выполнения измерений, препаратоподготовкой и приобретение практических навыков работы на конфокальном оптическом микроскопе;

5. развитие навыков ведения самостоятельной научно-исследовательской и экспериментальной работы;

6. проведение измерений наноструктурированных веществ и объектов, анализ экспериментальных данных и составление протокола испытаний.

1. Нормативно-правовое обеспечение

Законодательно-правовые основы развития инфраструктура наноиндустрии в Российской Федерации отражены в следующих документах:

- Президентская инициатива «Стратегия развития наноиндустрии» (№ Пр-688 от 24 апреля 2007 г.);

- Федеральная целевая программа "Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008 - 2010 годы", принятая Правительством Российской Федерации 7 сентября 2007 г.;

- Стратегия обеспечения единства измерений в России на 2008-2010 годы и до 2015 года принятая Правительством Российской Федерации от 20 сентября 2007;

- Концепция обеспечения единства измерений, стандартизации, оценки соответствия и безопасности использования нанотехнологий, наноматериалов и продукции наноиндустрии в Российской Федерации до 2015 года;

- Постановление Правительства РФ от 21 июня 2010 года № 471- о внесении изменений и дополнений в ФЦП (продление на 2011 год).

2.1 Метрологическое обеспечение

Обеспечение единства измерений является важнейшим условием осуществления государственного контроля и оценки соответствия продукции установленным требованиям. Федеральный закон от 26.06.2008 № 102-ФЗ "Об обеспечении единства измерений" регулирует отношения, возникающие, в частности: при выполнении измерений; установлении и соблюдении требований к измерениям, единицам величин, эталонам единиц величин; при применении методик измерений; при осуществлении деятельности по обеспечению единства измерений. Определена сфера государственного регулирования обеспечения единства измерений и формы государственного регулирования, применяемые в целях проверки соответствия проводимых измерений и применяемых средств измерений установленным метрологическим и техническим требованиям.

Ниже представлены некоторые основные понятия, определяемые статьей 2 настоящего закона [2].

Государственный первичный эталон единицы величины - государственный эталон единицы величины, обеспечивающий воспроизведение, хранение и передачу единицы величины с наивысшей в РФ точностью, утверждаемый в этом качестве в установленном порядке и применяемый в качестве исходного на территории РФ;

Единство измерений - состояние измерений, при котором их результаты выражены в допущенных к применению в РФ единицах величин, а показатели точности измерений не выходят за установленные границы;

Испытания стандартных образцов или средств измерений в целях утверждения типа - работы по определению метрологических и технических характеристик однотипных стандартных образцов или средств измерений;

Калибровка средств измерений - совокупность операций, выполняемых в целях определения действительных значений метрологических характеристик средств измерений;

Поверка средств измерений - совокупность операций, выполняемых в целях подтверждения соответствия средств измерений метрологическим требованиям;

Стандартный образец - образец вещества (материала) с установленными по результатам испытаний значениями одной и более величин, характеризующих состав или свойство этого вещества (материала);

Эталон единицы величины - техническое средство, предназначенное для воспроизведения, хранения и передачи единицы величины.

1. Основы охраны труда и техника безопасности

Стремительно нарастают знания о самих нанотехнологиях, но не так часто встает вопрос об охране труда и обеспечении безопасности в этой области. Изучение негативного воздействия наноматериалов на здоровье человека – это настолько новое направление исследований, что до последнего времени оно даже не имело собственного терминологического обозначения. Лишь в 2004 г. на симпозиуме во Флориде специалисты придумали ему название - "нано-токсикология".

Сегодня нанотехнологии применяются в производстве композитных материалов, косметической продукции, медицинского оборудования, химических катализаторов и др. Наночастицы не только заметно активнее в химическом отношении, чем их более крупные аналоги, но и способны проникать в человеческий организм способами, недоступными для более крупных фрагментов. Пример радиационной опасности, асбестовой промышленности и другие печально известные разработки должны послужить уроком на будущее не только в отношении нанотехнологий, но и в отношении любых новых технологий, использование которых следует всегда уравновешивать специализированной и тщательно продуманной системой обеспечения безопасных и здоровых условий труда.

На чистые помещения распространяются все нормы и правила, регламентирующие требования к обеспечению безопасности персонала и материальных средств. Наряду с этим чистые помещения имеют свои особенности. Прежде всего, чистые помещения – дорогостоящие сооружения. После даже незначительного возгорания может потребоваться их демонтаж и строительство новых чистых помещений с заменой технологического оборудования. Ложные срабатывания системы пожаротушения также могут привести к труднопоправимому ущербу [3].

Наиболее распространенными факторами опасности являются:

- пожар и взрыв;

- отравления токсичными веществами;

- травмы кожы и глаз из-за неосторожного обращения с химикатами;

- механические травмы из-за несоблюдения правил работы в чистых помещениях и их уборки.

В задачи руководства входит качественное обучение персонала и инструктаж по технике безопасности. Работа в чистом помещении предполагает бдительность, концентрацию внимания. Оператор должен следить за параметрами окружающей среды, отслеживать исправность функционирующего оборудования. Не рекомендуется находиться в чистом помещении одному. В связи с непривычными для человека параметрами микроклимата при длительной работе может наблюдаться повышенная утомляемость, снижение иммунитета. Поэтому время пребывания в чистом помещении регламентируется.

Работу с химическими растворами необходимо проводить под вытяжкой, пользоваться перчатками, пипет-дозаторами, масками.