Русская Википедия:Нанометрология
Нанометрология (Шаблон:Lang-en) — раздел метрологии, включающий разработку теории, методов и инструментов для измерения параметров объектов, линейные размеры которых находятся в нанодиапазоне, то есть от 1 до 100 нанометров.
Содержание нанометрологии
Нанометрология включает в себя теоретические и практические аспекты метрологического обеспечения единства измерений в нанотехнологиях, в том числе: эталоны физических величин и эталонные установки, стандартные образцы сравнения; стандартизованные методики измерений физико-химических параметров и свойств объектов нанотехнологий, а также методы калибровки самих средств измерений, применяемых в нанотехнологиях; метрологическое сопровождение технологических процессов производства материалов, структур, объектов и иной продукции нанотехнологий.
Особенности нанообъектов
Нанообъекты обладают рядом особенностей, определяющими и значимость нанотехнологий, и обособленность нанометрологии как отдельного раздела метрологии. Эти особенности связаны с размером нанообъектов и включают в себя:
- Принципиальная невозможность рассмотреть отдельные нанообъекты классическими оптическими методами;
- Появление эффектов квантовой физики, включая туннельный эффект;
- Взаимодействие с молекулярными системами, включая силы Ван-дер-Ваальса, водородные связи;
- Взаимодействие с биологическими системами, включая белки, РНК, ДНК;
- Развитая поверхность (высокая доля приповерхностного слоя в общем объёме нанообъекта) и т.д.
Из-за особенностей нанообъектов к ним неприменимы некоторые классические методы измерений, например, основанные на визуальном контакте с объектом. Кроме того, измерение уникальных свойств нанообъектов возможно только на основе методов, позволяющих эти уникальные свойства взять в расчёт.
Калибровка
При калибровке в нанометровом масштабе необходимо учитывать влияние таких факторов как: вибрации, шум, перемещения, вызываемые тепловым дрейфом и ползучестью, нелинейное поведение и гистерезис пьезосканера,[1] а также ведущее к значительным погрешностям взаимодействие между поверхностью и прибором.
Методы и приборы нанометрологии
- Растровый электронный микроскоп, РЭМ (Шаблон:Lang-en) — псевдотрёхмерная визуализация поверхности, линейные размеры, картрирование поверхности и объектов на ней по составу, строению, люминесцентным свойствам с разрешением порядка 1-10 нм.
- Просвечивающий электронный микроскоп, ПЭМ (Шаблон:Lang-en) — структура нанообъектов на просвет (электронным пучком) и их фазовый состав с субатомарным разрешением.
- Атомно-силовой микроскоп, АСМ (Шаблон:Lang-en) — рельеф поверхности с разрешением вплоть до атомарного, картрирование поверхности по электромагнитным свойствам.
- Сканирующий туннельный микроскоп, СТМ (Шаблон:Lang-en) — рельеф проводящей поверхности с атомарным разрешением.
- Автоионный и автоэлектронный проектор (Шаблон:Lang-en) — изображение поверхности проводящих твёрдых тел, имеющих форму острой иглы, с атомарным разрешением.
- Динамическое светорассеяние, ДРС (Шаблон:Lang-en) — характеризация гидродинамического диаметра частиц и их концентрации в прозрачных (неконцентрированных) суспензиях, предпочтительно моно- и бидисперсных, в диапазоне размеров от долей нанометра до нескольких микрометров. Определение дзета-потенциала частиц.
- Акустическая спектроскопия, АС (Шаблон:Lang-en) — характеризация диаметра частиц в диапазоне от доли нанометров до микрометров и их концентрации с точки зрения их поведения в суспензии под действием градиента давления ультразвуковых волн, определение дзета-потенциала частиц. Подходит для концентрированных непрозрачных суспензий. Характеризация пористых материалов.
- Порошковая рентгеновская дифракция (Шаблон:Lang-en) — определение фазового состава порошка, характеризация его текстуры и размеров кристаллитов каждой из фаз.
- Эллипсометрия (Шаблон:Lang-en) — определение толщины тонких плёнок, в т.ч. нанометровых.
- Метод БЭТ, Метод BJH (Шаблон:Lang-en) — определение удельной площади поверхности вещества в газовой среде, в т.ч. нанообъектов с развитой поверхностью и пористых материалов.
- ЯМР-спектроскопия (Шаблон:Lang-en) — химический состав веществ, в т.ч. учёт доли вещества на границе фаз.
- Сканирующий классификатор подвижности частиц (Шаблон:Lang-en) — характеризация распределения концентрации в газовой среде нано- и микрочастиц по размеру с точки зрения подвижности заряженных частиц.
- Абсорбционная рентгеновская спектроскопия (Шаблон:Lang-en)
- Малоугловое рентгеновское рассеяние (Шаблон:Lang-en)
- Ёмкостная спектроскопия (Шаблон:Lang-en)
- Поляризационная спектроскопия (Шаблон:Lang-en)
- Оже-спектроскопия (Шаблон:Lang-en)
- Спектроскопия комбинационного рассеяния (Шаблон:Lang-en)
- Малоугловое нейтронное рассеяние (Шаблон:Lang-en)
- Циклическая вольтамперометрия (Шаблон:Lang-en)
- Вольтамперометрия с линейной развёрткой потенциала (Шаблон:Lang-en)
- Мёссбауэровская спектроскопия (Шаблон:Lang-en)
- Инфракрасная спектроскопия (Шаблон:Lang-en)
- Фотолюминесцентная спектроскопия (Шаблон:Lang-en)
- Электролюминесцентная спектроскопия (Шаблон:Lang-en)
- Дифференциальная сканирующая калориметрия (Шаблон:Lang-en)
- Масс-спектрометрия вторичных ионов (Шаблон:Lang-en)
- Катодолюминесцентная спектроскопия (Шаблон:Lang-en)
- Спектроскопия характеристических потерь энергии электронами (Шаблон:Lang-en)
- Энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (Шаблон:Lang-en)
- (Шаблон:Lang-en)
- Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (Шаблон:Lang-en)
- Ближнепольная оптическая микроскопия (Шаблон:Lang-en)
- Спектроскопия одиночных молекул (Шаблон:Lang-en)
- Нейтронография (Шаблон:Lang-en)
- Дифференциальный интерференционно-контрастный микроскоп (Шаблон:Lang-en)
- Лазерная интерферометрия (Шаблон:Lang-en)
Единство измерений
Достижение единства измерений в макромасштабе достаточно простая задача, для решения которой используются: штриховые меры длины, лазерные интерферометры, калибровочные ступеньки, поверочные линейки и т. п. В нанометровом масштабе в качестве меры длины, позволяющей реализовать единство измерений, удобно использовать кристаллическую решётку высокоориентированного пиролитического графита (ВОПГ), слюды или кремния.[2][3]
Ссылки
Примечания
Шаблон:Примечания Шаблон:Нанотехнология
- ↑ Шаблон:Статья (Russian translation Шаблон:Wayback is available).
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
