Nanometrologie

Nanometrologia ( ing.  nanometrologie ) este o ramură a metrologiei , care include dezvoltarea teoriei, metodelor și instrumentelor de măsurare a parametrilor obiectelor , ale căror dimensiuni liniare sunt în nanorange , adică de la 1 la 100 nanometri .

Conținutul nanometrologiei

Nanometrologia include aspecte teoretice și practice ale asigurării metrologice a uniformității măsurătorilor în nanotehnologii , inclusiv: standarde de mărimi fizice și setări de referință, mostre standard de referință; metode standardizate de măsurare a parametrilor și proprietăților fizice și chimice ale obiectelor nanotehnologice, precum și metode de calibrare a instrumentelor de măsurare în sine utilizate în nanotehnologie; suport metrologic al proceselor tehnologice pentru producerea de materiale, structuri, obiecte și alte produse ale nanotehnologiei.

Caracteristicile nanoobiectelor

Nanoobiectele au o serie de caracteristici care determină atât importanța nanotehnologiilor, cât și izolarea nanometrologiei ca o secțiune separată a metrologiei. Aceste caracteristici sunt legate de dimensiunea nano-obiectelor și includ:

• Imposibilitatea fundamentală de a considera nano-obiecte individuale prin metode optice clasice;
• Apariția efectelor fizicii cuantice , inclusiv efectul de tunel ;
• Interacțiuni cu sisteme moleculare , inclusiv forțe van der Waals , legături de hidrogen ;
• Interacțiunea cu sistemele biologice, inclusiv proteine , ARN , ADN ;
• Suprafața dezvoltată (proporția mare a stratului apropiat de suprafață în volumul total al nanoobiectului), etc.

Datorită particularităților nanoobiectelor, unele metode clasice de măsurare, de exemplu, bazate pe contactul vizual cu obiectul, nu sunt aplicabile acestora. În plus, măsurarea proprietăților unice ale nanoobiectelor este posibilă doar pe baza unor metode care permit luarea în considerare a acestor proprietăți unice.

Calibrare

La calibrarea la scară nanometrică, este necesar să se țină cont de influența unor factori precum: vibrațiile , zgomotul , deplasările cauzate de derive termică și fluaj , comportamentul neliniar și histerezisul piezoscannerului , [1] precum și interacțiunea dintre suprafață și dispozitiv ducând la erori semnificative.

Metode și dispozitive de nanometrologie

• Microscop electronic cu scanare , SEM ( Scanning Electron Microscope, SEM )  - vizualizare pseudo-tridimensională a suprafeței, dimensiuni liniare, cartografiere a suprafeței și a obiectelor de pe aceasta după compoziție , structură, proprietăți luminiscente cu o rezoluție de ordinul 1- 10 nm.
• Microscop electronic cu transmisie , TEM ( Eng.  Transmission Electron Microscope, TEM ) - structura nano-obiectelor în transmisie (fascicul de electroni) și compoziția lor de fază cu rezoluție subatomică.
• Microscop de forță atomică , AFM ( English  Atomic-Force Microscope, AFM ) - relief de suprafață cu rezoluție până la atomică, cartografiere a suprafeței prin proprietăți electromagnetice.
• Microscop de scanare tunel , STM ( Eng.  Scanning Tunneling Microscope , STM ) - relieful unei suprafețe conducătoare cu rezoluție atomică.
• Proiector autoionic și autoelectronic ( ing.  Field Ion Microscope, Field Emission Microscope ) - o imagine a suprafeței solidelor conducătoare, în formă de ac ascuțit, cu rezoluție atomică.
• Dynamic Light Scattering, DLS ( Eng.  Dynamic Light Scattering, DLS ) - caracterizarea diametrului hidrodinamic al particulelor și a concentrației acestora în suspensii transparente (neconcentrate) , de preferință mono și bidisperse, în intervalul de dimensiuni de la fracțiuni de nanometru la câțiva micrometri. Determinarea potențialului zeta al particulelor.
• Spectroscopie acustică , AS ( ing.  Spectroscopie acustică , AS ) - caracterizarea diametrului particulelor în intervalul de la o fracțiune de nanometri la micrometri și concentrația acestora în ceea ce privește comportamentul lor în suspensie sub acțiunea unui gradient de presiune al undelor ultrasonice , determinarea potențialului zeta al particulelor. Potrivit pentru suspensii opace concentrate. Caracterizarea materialelor poroase .
• Difracția cu raze X în pulbere ( ing.  Difracția în pulbere ) - determinarea compoziției de fază a pulberii, caracterizarea texturii acesteia și a mărimii cristalitelor fiecăreia dintre faze .
• Elipsometrie ( ing.  Elipsometrie ) - determinarea grosimii peliculelor subțiri, incl. nanometru.
• Metoda BET , metoda BJH ( teoria BET engleză  , BJH ) - determinarea suprafeței specifice a unei substanțe într-un mediu gazos , incl. nanoobiecte cu o suprafață dezvoltată și materiale poroase.
• Spectroscopie RMN ( ing.  spectroscopie RMN ) - compoziția chimică a substanțelor, incl. luând în considerare proporția de materie la limita de fază.
• Scanning Mobility Particle Sizer ( SMPS ) este o  caracterizare a distribuției mărimii nano- și microparticulelor într-un mediu gazos în ceea ce privește mobilitatea particulelor încărcate.
• Spectroscopie cu raze X de absorbție ( ing.  Spectroscopie cu absorbție cu raze X )
• Difuzare cu raze  X cu unghi mic
• Spectroscopie de capacitate _ _  _
• Spectroscopie de polarizare _ _  _
• Spectroscopie Auger ( ing.  Auger Electron Spectroscopy )
• Spectroscopie Raman ( Ing.  Spectroscopie Raman )
• Difuzarea neutronilor cu unghi  mic _
• Voltametrie ciclică _ _  _
• Voltametrie cu  baleiaj liniar _ _
• Spectroscopie Mössbauer _ _  _
• Spectroscopie în infraroșu ( ing.  Spectroscopie în infraroșu cu transformată Fourier )
• Spectroscopie fotoluminiscentă _ _  _
• Spectroscopie de electroluminiscență ( Ing.  Spectroscopie de electroluminiscență )
• Calorimetrie cu scanare diferențială _ _ 
• Spectrometria de masă a  ionilor secundari _
• Spectroscopie de catodoluminiscență _ _  _
• Spectroscopie de pierdere  a energiei electronice _
• Spectroscopie cu raze  X cu dispersie de energie
• ( ing.  Sondă în patru puncte și tehnică IV )
• Spectroscopia  fotoelectronului cu raze X
• Microscopie optică în câmp  apropiat
• Spectroscopia moleculelor individuale ( ing. Spectroscopie cu o singură  moleculă )
• Difracția neutronilor _ _  _
• Microscop diferențial de interferență-contrast ( microscopie de interferență engleză  )
• Interferometrie cu laser ( Ing.  Interferometrie cu laser )

Unitatea de măsurători

Obținerea uniformității măsurătorilor la o scară macro este o sarcină destul de simplă, pentru care se folosesc următoarele: măsuri de lungime a liniilor, interferometre laser, pași de calibrare, linii drepte etc. La scara nanometrică, este convenabil să se utilizeze rețeaua cristalină a unui grafit pirolitic foarte orientat ( HOPG ), mica sau siliciu . [2] [3]

Link -uri

La scrierea acestui articol a fost folosit material din articolul distribuit sub licența Creative Commons BY-SA 3.0 Unported :
Ivanov Viktor Vladimirovich . Nanometrologie // Dicţionar de termeni nanotehnologici .

• Graniță invizibilă: unde „nano” și „bio” se ciocnesc
• Cam complicat: un nanometru este, în general, cât?

Note

1. ↑ R.V. Lapshin. Metodologie de scanare orientată pe caracteristici pentru microscopia cu sonde și nanotehnologie  //  Nanotechnology : journal. - Marea Britanie: IOP, 2004. - Vol. 15 , nr. 9 . - P. 1135-1151 . — ISSN 0957-4484 . - doi : 10.1088/0957-4484/15/9/006 . ( Este disponibilă traducerea în rusă Arhivată 14 decembrie 2018 la Wayback Machine ).
2. ↑ R.V. Lapshin. Calibrarea laterală automată a scanerelor cu microscop tunel  //  Review of Scientific Instruments : jurnal. - SUA: AIP, 1998. - Vol. 69 , nr. 9 . - P. 3268-3276 . — ISSN 0034-6748 . - doi : 10.1063/1.1149091 .
3. ↑ R.V. Lapshin. Calibrarea distribuită insensibilă la deriva a scanerului cu sonde de microscop în intervalul de nanometri: modul real  //  Applied Surface Science : jurnal. — Țările de Jos: Elsevier BV, 2019. — Vol. 470 . - P. 1122-1129 . — ISSN 0169-4332 . - doi : 10.1016/j.apsusc.2018.10.149 .