Сергеев А.Г. - Введение в нанометрологию (1027508), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Во-вторых, это генная инженерия, гдепоатомное манипулирование хромосомным набором путем измерения иуправления прецизионным перемещением с заданной точностью наноманипулятора лежит в основе методов клонирования, генных методов трансплантологии, фармакологии, вирусологии и др. Метрологическое обеспечение суперпрецизионного позиционирования позволяет сделать прорывпо точности в оборонной, аэрокосмической, автомобильной, атомной промышленности, материаловедении, машино- и приборостроении, других отраслях промышленности, имеющих прямое отношение к национальнойбезопасности страны.Сканирующие зондовые микроскопы нельзя в полной мере признатьсредствами измерений.
Скорее, они являются средствами визуализацииповерхностей. Соответственно, возникает задача создания на их базе приборов нового уровня, сочетающих в себе достоинства сканирующих микроскопов и возможность проводить с их помощью точные измерения. Дляэтого, очевидно, сканирующий микроскоп должен быть оборудован тремяшкалами по трем координатным осям.
Практически, как правило, для этогоприменяются три интерферометра как измерители перемещений головкизонда. Возможны также другие варианты с использованием емкостных или276индукционных датчиков вместо интерферометров. К настоящему времениуже существуют такие работающие установки.Сегодня недостаточно качественной визуальной информации о технологических процессах и научных исследованиях в нанометровом диапазоне. Необходима их количественная оценка, позволяющая обеспечить получение с требуемой точностью измерительной информации о заданныхэксплуатационных показателях или результатах измерения и контроля параметров нанообъектов. Суперпрецизионные измерения – это неотъемлемая процедура современной нанотехнологии и наноиндустрии.
Произвестикачественную продукцию нанотехнологии можно с такой точностью, с какой ее можно измерить. Поэтому любая нанотехнология или элемент наноиндустрии требуют всеохватывающей метрологической поддержки дляобеспечения с заданной точностью и достоверностью информации о производстве объектов нанотехнологий и об их эксплуатационных показателях, результатах измерения, контроля и исследования.Манипуляции с отдельными атомами означают, что можно сконструировать искусственные структуры нанометровых размеров, используя отдельные атомы как кирпичики.
Первое приложение, по-видимому, будеткасаться хранения информации, ведь компьютерная память основана натом, что бит (единица информации) задается определенным состояниемэлемента среды (магнитной, электрической, оптической), в которой записывается информация.
Упрощенно говоря, элемент памяти показывает,включено что-то или выключено, присутствует что-либо или отсутствует ит.д. Исходя из этого, можно реализовать такую ситуацию на поверхности,когда 1 бит будет записан в виде скопления, например, 1000 атомов.
Еслитакая память будет создана, все содержание библиотеки Конгресса США (аэто громадное книгохранилище) уместится на одном диске диаметром25 см. Для сравнения скажем, что лазерных компакт-дисков для этого потребовалось бы 250000 шт.Номенклатура показателей, используемых в МО нанотехнологии инаноиндустрии, включает понятия точности, воспроизводимости и разрешающей способности. Вместе с тем, основным показателем точности измерений является основная погрешность, т.е.
погрешность средства измерений нанометрового диапазона, определяемая в нормальных условиях егоприменения. Наряду с этим, в настоящее время внедряется, в том числе и вобласть нанометрологии, понятие неопределенности измерений. Это необходимо для согласования (гармонизации) отечественных исследований с277зарубежными данными, где понятие неопределенности используется с 70 –80 гг. прошлого века.Укрупненно первоочередными в области нанометрологии можносчитать следующие работы:1.
Анализ погрешностей, прецизионности и неопределенности результатов наноизмерений.2. Обоснование использования в наноизмерениях неопределенностейпо типу А и типу В.3. Выбор методов вычисления суммарной стандартной неопределенности наноизмерений.4. Разработка эффективных оценок неопределенности наноизмерений.5. Обоснование (расчет) коэффициентов охвата при вычислениирасширенной неопределенности наноизмерений.6.
Разработка точностных моделей межлабораторных сличений различных нанотехнологий.7. Технико-экономические принципы выбора средств измерения иконтроля нанопроцессов.8. МО диагностических операций в сфере нанотехнологий.9. Точность и достоверность наноизмерений.10. Менеджмент качества наноизмерений.11. Аудит и сертификация качества наноразработок (нанотехнологий).12. Разработка стандартов и количественных нормативов, регулирующих хранение, производство, использование и утилизацию наноматериалов (предельно допустимых концентраций, уровень загрязнения наночастицами, воспламеняемость).Исследование аппаратурного обеспечения наноизмерений ведущихметрологических центров мира позволяет сформулировать ряд принципов,которые должны быть положены в основу создания измерительнотехнологического комплекса для обеспечения единства измерений параметров наноструктурированных объектов и материалов:1.
Повышение точности измерений эталонных установок за счетснижения воздействий внешних шумовых полей на прибор путем экранирования внешних полей и стабилизации параметров окружающей среды.2. Повышение точности измерений параметров нанообъектов за счетснижения воздействия окружающей среды на нанообъект путем транспор278та его в вакууме и снижения времени между созданием нанообъекта и регистрацией его параметров.3.
Получение информации о свойствах наноструктурированных материалов путем одновременного проведения комбинированных измерений,основанных на различных физических принципах, а также оказания различных видов воздействий в процессе проведения измерений.4. Для исследования новых свойств наноструктурированных материалов, а также моделирования и создания различных стандартных образцов свойств, состава и структуры в комплекс должны входить установки,позволяющие проводить оперативное изготовление таких образцов.Исследование рынка современных приборов и оборудования показало, что в области нанотехнологий имеется весьма незначительное количество коммерчески доступных образцов уникальных многофункциональныхустановок. Одной из немногих коммерчески доступных установок, позволяющих проводить создание и манипуляции с наноструктурами, а такжеизмерение их параметров методами СЭМ и различными видами структурного анализа, является установка фирмы «Карл Цейс» (Германия) GrossBeam 1540.Можно констатировать, что:1.
Метрологическое обеспечение нанотехнологий должно носитьопережающий характер.2. Метрологическое обеспечение нанотехнологий и нанопродукции –крайне дорогостоящее мероприятие.3. Среди высококачественного измерительного оборудования длянанотехнологий мало оборудования, разработанного и изготовленного вРоссии.4. Переход к нанометрологии потребует значительного увеличенияточности применяемых средств измерений (например, точность измерениядлины должна возрастать в 10 – 50 раз).5. Значительно усложняются условия, в которых необходимо будетпроводить измерения. Большая часть измерений будет выполняться в условиях высокого вакуума и, как правило, совмещаться с самим технологическим процессом.6. Потребуется создание новых государственных первичных и рабочих эталонов.Кроме того, в России должна быть разработана система сертификации менеджмента качества и экологического менеджмента предприятий,279работающих в сфере наноиндустрии, с учетом специфики создания наноматериалов и нанотехнологий.В целях обеспечения согласованных действий создан Координационный совет, возглавляемый министром образования и науки РоссийскойФедерации.
Для подготовки предложений по выполнению указанных мероприятий предусмотрена объединенная рабочая группа, состоящая изпредставителей Ростехрегулирования и Роснауки.Окончательное формирование Российской системы стандартизации,обеспечения единства измерений, обеспечения безопасности и оценки соответствия конкурентоспособных нанотехнологий, наноматериалов и продукции наноиндустрии реально завершить в период до 2013 года с учетомреализации «Программы развития наноиндустрии в Российской Федерациидо 2015 года».В этот период должны отчетливо определиться приоритетные направления развития российской наноиндустрии, сформироваться производственно-территориальные кластеры, обеспечивающие создание, производство и продвижение на рынок высоких технологий конкурентоспособной продукции наноиндустрии.
Это, в свою очередь, позволит создать необходимый эталонный комплекс, соответствующее контрольноизмерительное оборудование и сформировать необходимую нормативноправовую и нормативно-техническую базу, отработать и обеспечить функционирование соответствующих механизмов оценки и подтверждения соответствия продукции наноиндустрии, обеспечить гармонизацию отечественных нормативных документов с международными требованиями.28028132№пп11Растроваятуннельнаямикроскопиясканирующая(СТМ)По глубине 1 –5 нм. Поперечнаяразрешающаяспособность 2 –10 нмДиапазонизмерения23Атомно-сило- По глубине 0,5 –ваямикро- 5 нм.
Поперечнаяскопия (АСМ) (боковая) разрешающая способность 0,2 – 130 нмРастровая силовая микроскопия (РСМ)Название5Микроскопы могут работать вконтактном, бесконтактном и точечном режимах. В контактномрежиме используется четырёхсегментный приемник излучения.В бесконтактном режиме наконечник зонда покрывается химикалиями. В магнитно-силовоммикроскопе во взаимодействиинаконечника и образца преобладают магнитные и электростатические силы. Для определениясилы магнитного взаимодействияприменяются магнитные наконечники зондов с покрытиемSi3N4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
