Метрология в нанотехнологиях (1027620), страница 16
Текст из файла (страница 16)
В настоящее время в Российской Федерации 123 государственных первичных эталона, из них б эталонов основных единиц. Все производные единицы Международной системы единиц СИ выражаются через основные единицы (метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, кандела) по соответствующим уравнениям связи и Государственные первичные эталоны основных единиц, осуществляя воспроизведение этих единиц, тем самым обеспечивают и возможность воспроизведения всех производных единиц (рис.
33). На рис. 34 — 39 приведены первичные эталоны единицы длины, массы, силы света, давления, силы и электрического напряжения (105, 114]. ВНИИМ им д.и Мьнльлтва енииттеи внииоти Рис. 33. Основные единицы величин и институты-лранители Государственных первичных эталонов Рис.
34. Государственный первичный эталон единицы длины сис. 35. Государственный первичный эталон единицы массы Рис. 37. Государственный первичный эталон единицы силы света Рис. 36. Государственный первичный эталон единицы давленин Рис. 38. Государственный первичный эталон единицы силы Рис. 39. Государственный первочный эталон единицы электрического напряжения Основными направлениями развития эталонной базы России в настоящее время являются 18]: — оптимизация эталонной базы по составу и структуре; — создание системы взаимосвязанных эталонов, в том числе «естественных», основанных на фундаментальных физических константах и стабильных физических исследованиях в области воспроизведения основных и важнейших производных единиц; 100 — создание систеМ этап нов в кдтоРых разумно сочетается централизованное и децентр,и ов ниде воспроизведение единиц; — поиск, исследование и едреиие новых физических явлений и технологий, способн,х обеспечить научный прорыв при создании эталонов; — разработка предельных по т,очности методов и средств измерений эталонного значения Современная денция в развитии эт Онов — переход а естественные способы воспроиз денни единиц, основанные на фундаментальных физически~, он н ах.
Это, естественно, должно привести к пересмотру Мехсд „,юр системы единиц. Даже сейчас, в 21 веке, одна из Основн „единиц системы СИ вЂ” килогРамм определена посредством иск енного созданного объекта. 11ри этом килограмм — не Изолнро я единица, с ее участием определены егде три основные е „„„„, ампер, моль, кандела. Наиболее вероятным дл „в го определения массы, килограмма, является определеН„, л рдмма на основе постоянной Планка и постоянной Авог ро Высокая степень неизменно и г1огрешности воспроизведе- НИЯ ЕдИНИц ВЕЛИЧИН, Получ м с помпщьЮ «кваитОВЫх» ЭтаЛО- нов, ограниченная точностью ф, с ментальных физических констант, позволяет значительно повысить точность «квантовых» эталонов.
Фундаментальные физи вские константы с появлением новых методов и средств измерен»1й уточняются. Например, проведенные совсем недавно измерения кванта магнитного потока позволили у внушить суммарную погрешность с 4 10-' 11986 г.) до 3 1О-э Таким образом, соответственно будет возрастать точность квантовых эталонов Способ„о ь воспРоизводить единицУ физической величины незавнси вндлпних условий со временем позволит рассматривать кван вь,е эталоны как «вечные» меры. Закон РФ «06 обеспечении е1ьчиства измерений» Действующий в настоящ вр МЯ Закон РФ «Об обеспечении единства измеРений» был и и „Верховным Советом РФ в апреле 1993 г.[2]. 101 Принятие Закона РФ «Об обеспечении единства измерений» было обусловлено необходимостью пересмотра правовых, организационных и экономических основ метрологической деятельности в соответствии с требованиями перехода к рыночной экономике.
Объективная необходимость принятия и введения в действие Закона определялась принципами правового государства, направленными на защиту прав и интересов физических и юридических лиц, охрану правопорядка, интересов государства путем организации соответствующей правоисполнительской и правоохранительной деятельности. Минувшие десять лет после принятия этого Закона показали, с одной стороны, его дееспособность, а с другой — выявилн ряд пробелов в правовом регулировании, несогласованность ряда положений этого Закона с актами, принятыми в последующие годы, в том числе с ФЗ «О техническом регулировании». В связи с подготовкой к присоединению России к ВТО, процессами глобализации измерений и расширением общего экономического пространства возник ряд новых факторов, оказывающих непосредственное воздействие на измерения и метрологическую деятельность в целом и возникла необходимость в разработке нового федерального закона, направленного на: — соответствие деятельности по обеспечению единства измерений уровню развития национальной экономики;, — защиту прав и законных интересов государства, юридических лиц и граждан от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений; — приведение законодательства в области обеспечения единства измерений в соответствии с последними решениями межправительственной Международной организации законодательной метрологии (МОЗМ), членом которой является Российская Федерация; — ограничение вмешательства государства в экономическую деятельность хозяйствующих субъектов, в том числе устранение избыточного государственного регулирования в области обеспечения единства измерений; 102 Указанные положения полностью реализованы в новом Федеральном законе «Об обеспечении единства измерений» (М 102- ФЗ), подписанном Президентом РФ 26 июня 2008 года и вступающем в силу с 01 января 2009 г.
3.2 Особенности измерений а области иаиотехиологий Переход к нанотехнологиям поставил перед наукой и техникой ряд новых специфических задач, обусловленных малыми размерами элементов и структур, с которыми имеет дело нанотехнология. В этой развивающейся области знаний необходимо опережающее развитие метрологии, поскольку именно уровень точности и достоверности измерений способен либо стимулировать развитие соответствующих отраслей, либо служить сдерживающим фактором.
Метрология играет жкнейшую роль при разработке и коммерциализации нанотехнологий и нанопродукции. Точные, достоверные и прослеживаемые измерения являются основой обеспечения успешного и безопасного развития нанотехнологий, а также подтверждением соответствия продукции наноиндустрии. Здесь, как нигде более, актуален тезис «если нельзя измерить, то невозможно создать». Специфика нанотехнологий привела к развитию нового направления — нанометрологии.
При этом иаиометрология, по мнению специалистов, занимающихся вопросами измерений, должна рассматриваться как обязательная часть всех иаиотехиологий (137). Нанометрология н нанонаука изучают и используют новые явления и признаки, которые появляются в тех случаях, когда какая-то характерная структура материала имеет нанометрические размеры. Очевидно, что основная задача нанометрологии — проведение измерений в диапазоне от 1 до 100 нм (в настоящее время с точностью до 0,1 нм) и адаптация существующих или разработка новых методов изучения свойств нанообъектов как функции их размеров.
Нанометрология охватывает измерение длины и определение размеров в нанометрическом диапазоне, а также измерение силы, 103 Таблица 9 Диапазон Физическая величина измерений Диапазон измерений Физическая величина Длина, м Масса, кг Доля примесей, 56 10 '«1О ' !о ' ! 1О н«10г 10«и«п!г Сила тока, А 1О-и«10' 10 п«10г Время,с Напряжение. В !Оси«10Ю Температура, К Мощность, Вт 1 ЗгОО !о-и !о' 1 Оси«! 02 Давление, Па Индуктивность, Гн Расход, мцс 1О-' !Оп !Оги ! Емкость, Ф 'Плотность, кг/м' !о-' !о' 1О-г«!Оп Сопротивление, Ом Концентрация,см' 1Ои-»1он !о-' !ои Частота, Гц 105 массы„температуры, электрических, физико-химических и иных свойств нанообъектов.
В табл, 9 приведены физические величины, подлежащие измерению в наноиндустрии (в частности, при производстве изделий микроэлектроники) [12Ц. В обзоре Европейского форума по нанотехнологиям, проходившего в июле 200б г., отмечается важность нанометрологии для развития нанотехнологий [137[: — нанотехнологии уже являются большим сектором промышленности, и ожидается, что они будут и далее развиваться быстрыми темпами; — точный контроль размеров объектов — ключевой вопрос нанотехнологий и науки о нанообъектах.
Размеры этих объектов менее 10 нм, и часто требуется точность до 0,1 нм. Для этого нужно разработать новые методы измерений; — технологии измерений, разработанные для традиционных материалов, во многих случаях не могут быть применимы к нано- структурам. Должны быть созданы специальные методики измерений лля наноструктур и наноматериалов. Невыполнение этого может привести к большим ошибкам при оценке результатов; — ученые и инженеры хотят исследовать новые физические явления, появляющиеся при уменьшении размеров систем до нано- метрических.
Новые явления и свойства, возникающие при нанометрических размерах, требуют понимания и умения проводить измерения физических параметров очень малых объектов; — наноструктуры, под которыми понимается особое расположение атомов или частиц, приобретают новые, иногда довольно необычные формы.
Примерами могут служить фуллерены, наночастицы типа «ялро-оболочка», переплетенные нанотрубки, наноструктурные металлы. Это ставит новые задачи перед нано- метрологией; — должно быть создано новое оборудование для решения вышеуказанных задач; — нужно разработать стандарты, соответствующие технологическим достижениям и охватывающие все увеличивающуюся область применения наноструктур.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
