Активный контроль технологических параметров плазмохимического вакуумного синтеза нанообъектов с использованием тест-образцов
Диссертация
Разработан активный метод контроля технологических параметров плазмохимического вакуумного синтеза нанообъектов, при реализации которого наряду с основным процессом создания нанообъектов формируются тест-объекты, которые затем, периодически, по одному извлекаются из вакуумной камеры через заданный промежуток времени и подвергаются контролю в электронном микроскопе. Полученная информация… Читать ещё >
Содержание
- Условные обозначения
- 1. ИНФОРМАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ СИНТЕЗА И КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ НАНОСТРУКТУРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
- 1. 1. Технологические процессы синтеза нанообъектов
- 1. 1. 1. Применение лазерного излучения для синтеза наноструктур
- 1. 1. 2. Пиролитический синтез углеродных наноматериалов
- 1. 1. 3. Электродуговой синтез фуллеренов
- 1. 1. 4. Плазмохимический метод синтеза нанообъектов
- 1. 1. 5. Синтез нанообъектов в пламени
- 1. 2. Методы определения параметров наноразмерных объектов
- 1. 2. 1. Электронная микроскопия
- 1. 2. 2. Спектроскопические методы обнаружения и исследования веществ
- 1. 2. 3. Туннельная и атомно-силовая микроскопия
- 1. 2. 4. Средства измерений в нанометровом диапазоне
- 1. 3. Постановка задачи исследования и пути ее решения
- 1. 1. Технологические процессы синтеза нанообъектов
- Выводы
- 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИК ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ СИНТЕЗИРУЕМЫХ НАНООБЪЕКТОВ
- 2. 1. Разработка методики исследований для определения гранулометрических параметров нанопорошков
- 2. 1. 1. Разработка методики электронно-микроскопических исследований углеродных наноматериалов
- 2. 2. Применение разработанной методики электронно-микроскопических исследований для контроля синтезируемых нанообъектов в вакууме
- 2. 2. 1. Электродуговой синтез углеродных нанообъектов в вакууме
- 2. 2. 2. Разработка методики получения заготовки тест-объекта
- 2. 3. Выбор технологической оснастки для осуществления процесса плазмохимического вакуумного синтеза нанообъектов
- 2. 4. Разработка шлюзового устройства вывода тест-объекта из вакуумной камеры
- 2. 5. Разработка программного обеспечения для систематизации получаемых данных
- 2. 1. Разработка методики исследований для определения гранулометрических параметров нанопорошков
- Выводы
- 3. МЕТОД И РЕАЛИЗАЦИЯ УСТРОЙСТВА АКТИВНОГО КОНТРОЛЯ НАНООБЪЕКТОВ В ПРОЦЕССЕ ИХ СИНТЕЗА
- 3. 1. Разработка метода контроля нанообъектов в технологическом процессе синтеза
- 3. 1. 1. Математическое описание процесса напыления в вакууме для определения параметров подготовки тест-объекта
- 3. 2. Автоматизация процесса подготовки тест-объекта в технологическом процессе вакуумного синтеза
- 3. 3. Алгоритм автоматизации процесса получения тест-объекта для электронного микроскопа
- 3. 3. 2. Компьютерная программа управления измерительно-управляющей системой
- 3. 1. Разработка метода контроля нанообъектов в технологическом процессе синтеза
- 4. 1. Исследование параметров синтеза нанообъектов в вакууме с использованием разработанного метода
- 4. 1. 2. Адаптация предложенного метода контроля к плазменной технологии получения нанообъектов
- 4. 2. Анализ погрешностей измерения гранулометрических параметров нанообъектов
- 4. 2. 1. Метрологические характеристики электронного микроскопа
- 4. 2. 2. Определение гранулометрических параметров нанообъектов с помощью электронного микроскопа
- 4. 3. Проверка адекватности математического описания процесса вакуумного напыления
- 4. 4. Оценка погрешностей результатов измерений
Список литературы
- Алферов Ж.И. Наноматериалы и нанотехнологий/ Ж. И. Алферов, A.JI. Асеев, С. В. Гапонов, П. С. Копьев, В. И. Панов, Э. А. Полторацкий, Снбельднн Н. Н., Сурис Р.А.// Микросистемная техника. 2003.-№ 8. — С. 3−13.
- Головин Ю. К. Введение в нанотехнологию / Ю. К. Головин. М.: Машиностроение-1, 2003. — 112 с.
- Носкова Н.И. Субмикрокристаллические и нанокристаллические металлы и сплавы / Н. И. Носкова, Р. Р. Мулюков.- Екатеринбург: Уральское отделение РАН, 2003. 279 с.
- Гусев, А.И. Нанокристаллические материалы / А. И. Гусев, А. А. Ремпель. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2000. — 224 с.
- Физикохимия ультрадисперсных сред / Под ред. И. В. Танаева.-М.: Наука, 1987.-256 с.
- Бучаченко А. Л. Нанохимия прямой путь к высоким технологиям / А. Л. Бучаченко Н Успехи химии. — 2003. — Т. 72, № 5. — С. 419 437.
- Астахов М. В. Физико-химические свойства индивидуальных частиц и их ансамблей / М. В. Астахов // Известия вузов. Материалы электронной техники. 2002. — № 2. — С. 15−20.
- Minot Е. D. Tuning the band structure of carbon nanotubes: A dissertation. for the degree of doctor of philosophy / E. D. Minot. Cornell University, 2004. — 118 p.
- Харрис П. Углеродные нанотрубы и родственные структуры. Новые материалы XXI века / П. Харрис. М.: Техносфера, 2003. — 336 с.
- Озерин А. Н. Наноструктуры в полимерах: получение, структура, свойства / А. Н. Озерин // Проблемы и достижения физико-химической и инженерной науки в области наноматериалов: тр. 7-й сессии / под ред. В. А. Махлина. М., 2002. — Т. 1. — С. 186−204.
- Морохов И. Д. Физические явления в ультрадисперсных средах / И. Д. Морохов, JI. К. Трусов, В. К. Лаповок. М.: Энергоатомиздат, 1984. -224 с.
- Валиев Р. 3. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией / Р. 3. Валиев, Н. В. Александров. -М.: Логос, 2000.-272 с.
- Глезер А. М. Аморфные и нанокристаллические структуры: сходства, различия, взаимные переходы / А. М. Глезер // Российский химический журнал.- 2002. Т. 46, № 5. — С. 50−56.
- Андриевский, Р. А. Размерные эффекты в нанокристаллических материалах. II. Механические и физические свойства / Р. А. Андриевский, А. М. Глезер // Физика металлов и металловедение. 2000.- Т.89, № 1.- С. 91−112.
- Пул Ч. Нанотехнологии: Учеб. пособие для вузов / Ч. Пул, Ф. Оуэне. 2-е изд., доп. — М.: Техносфера, 2005. — 336 с.
- Collins P. G. Nanotubes for electronics / P. G. Collins, Ph. Avouris // Scientific American. 2000. — December. — P. 62−69.
- Гусев А.И. Нанокристаллические материалы / А. И. Гусев, А. А. Ремпель. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2000. — 224 с.
- Демиховский В.Я. Физика квантовых низкоразмерных структур / В Л. Демиховский, Г. А. Вугальтер. М.: Логос, 2000. — 248 с.
- Физика низкоразмерных систем / Под ред. А. Я. Шика. СПб.: Наука, 2001.- 160 с.
- Эмануэль Н.М. Курс химической кинетики: Учеб./ Н. М. Эмануэль, Д.Г. Кнорре-М.: Высш.шк., 1984.-463 с.
- С60: Buckminsterfullerene / Н. W. Kroto, J. R. Heath, S. С. O’Brein et al.//Nature. 1985. — Vol. 318. — P. 162−163.
- С60 bromobenzene solvate: Crystallographic and Thermochemical Studies and Their Relationship to C60 Solubility in Bromobenzene / M. V. Korobov, A. L. Mirakyan, N. V. Avramenko et al. // J.Phys.Chem.B. 1998. -Vol.102. — P. 3712−3717.
- Iijima S. Helical microtubules of graphitic carbon / S. Iijima // Nature. 1991. — Vol. 354. — P. 56−58.
- Mintmire J. W. Are fullerene tubules metallic / J. W. Mintmire, В. I. Dunlap, С. T. White // Phys. Rev. Lett. 1992. — Vol. 68, Iss. 5. — P. 631−634.
- Saito, R. Physical Properties of Carbon Nanotubes / R. Saito, G. Dresslhaus, M. S. Dresselhaus. London: Imperial College Press, 2000. — 258 p.
- Electronic structure of chiral graphene tubules / R. Saito, M. Fujita, G. Dresselhaus et al. // Appl. Phys. Lett. 1992. — Vol. 60, N. 18. — P. 2204−2206.
- Nanocrystalline materials: a way to solids with tunable electronic structure and properties? / H. Gleiter, J. Weissmuller, O. Wollersheim et al. // Acta Materialia. 2001. — Vol. 48. — P. 737−745.
- Interaction between colloidal particles of Сбо hydrosol and cationic dyes / N. O. Mchedlov-Petrossyan et al. // Chem. Phys. Lett. 2001. — Vol. 341. -P. 237−244.
- Cho S. Т., Najafi K., Wise K.D. Internal Stress Compensation and Scaling Ultrasensitive Silicon Pressure Sensors IEE TED Vol. 139. № 4. 1993. P. 836−842.
- Bykov V.A. Langmuir-Blodgett films, and nanotechnology // Biosensor & Bioelectronics Vol. 11, No. 9, pp. 923−932, 1996.
- Albrecht Т.К., Akamine S. Carver Т.Е., Quate C.F. // J. Vac. Sci. Technol., A 1990, 8, 3386.
- Косаковская 3. Я. Нановолоконная углеродная структура / 3. Я. Косаковская, JI. А. Чернозатонский, Е. А. Федоров // Письма в ЖЭТФ. 1992. -Т. 56, вып. 1.-С. 26−30.
- Dekker С. Carbon nanotubes as molecula quantum wire / C. Dekker // Phys. Today. 1999. — Vol. 22, N. 5. — P. 22−28.
- Hamada N. New one-dimensional conductors: graphitic microtubules / N. Hamada, S. Sawada, A. Oshiyama // Phys. Rev. Lett. 1992. — Vol. 68, Iss. 10. -P. 1579−1581.
- Bockrath, M. W. Carbon nanotubes. Electrons in one dimension: A dissertation. of Doctor of Philosophy in Physics / M. W. Bockrath. Berkeley, 1999. — 131 p.
- Alivisatos A. P. Perspectives on the physical chemistry of semiconductor nanocrystals / A. P. Alivisatos // Journal Physical Chemistry. -1996. V. 100. — P. 13 226−13 239.
- Новакова А. А. Исследование микроструктуры углеродного наноматериала, полученного на железо-никелевом катализаторе. / А. А. Новакова, Т. Ю. Киселева, Б. П Тарасов., В. Е Мурадян //Поверхность. 2004, -№ 3. — с.70−73.
- Образцов, Д.В. Исследование влияния температуры на выход синтезируемых углеродных наноматериал ов / Д. В. Образцов, В. П. Шелохвостов II Современные наукоемкие технологии. 2007. — № 8. — С. 56 -58.
- Раков Э. Г. Методы получения углеродных нанотрубок / Э. Г. Раков // Успехи химии.- 2000.- Т. 69, N 1.- С. 41−59.
- Раков Э. Г. Методы непрерывного производства углеродных нановолокон и нанотрубок / Э. Г. Раков // Химическая технология.- 2003.- N 10.- С. 2−7.
- Н.И. Алексеев, Г. А. Дюжев Кинетика углеродных кластеров в дуговом разряде от атомов к фуллеренам // Журнал технической физики.-2002 Вып. 5., Т72.-С. 121−129.
- Штанский Д В. Просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения в нанотехнологических исследованиях / Д. В. Штанский // Российский химический журнал. 2002. — Т. 46, N 5. — С. 81- 89.
- Брандон Д. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля: Учеб. пособ. / Д. Брандон, У. Каплан. М.: Техносфера, 2004. — 384 с.
- Studies of aqueous colloidal solutions of fullerene C60 by electron microscopy / G. V. Andrievsky, V. K. Klochkov, E. L. Karyakina, N. O. Mchedlov-Petrossyan // Chem. Phys. Lett. 1999. — Vol. 300. — P. 392−396.
- Comparative analysis of two aqueous-colloidal solutions of Сбо fullerene with help of FTIR reflectance and UV-Vis spectroscopy / G. V. Andrievsky et al. // Chemical Physics Letters.- 2002. Vol. 364, N 1−2. — P. 8−17.
- Вилков JI. В. Физические методы исследования в химии. Структурные методы и оптическая спектроскопия / JL В. Вилков, Ю. А. Пентин. М.: Высш. шк., 1987. — 366 с.
- Raman and photoluminescence investigations of nanograined diamond films / E. D. Obraztsova, K. G. Korotushenko, V. G. Pimenov et al. // Nanostructured Materials. 1995. — Vol. 6, N 5−8. — P. 827−830.
- Малышев В. И. Введение в экспериментальную спектроскопию: учеб. пособ. для физ. спец. вузов / В. И. Малышев. М.: Наука, 1979 .- 478 с.
- Оптические свойства наноструктур: учеб. пособ. для вузов / Под общ. ред. В. И. Ильина, А. Я. Шика. СПб.: Наука, 2001.- 187 с.
- Nanotubes as nanoprobes in scanning probe microscopy / H. Dai, J. H. Hafner, A. G. Rinzler et al. //Nature. 1996. — Vol. 384, N. 14. — P. 147−150.
- Atomic structure of carbon nanotubes from scanning tunneling microscopy / L. C. Venema et al. // Phys. Rev. B. 2000. — Vol. 61, N. 4. — P. 29 912 996.
- Сканирующая зондовая микроскопия биополимеров / Под ред. И. В. Яминского. М.: Науч. Мир, 1997. — 87 с.
- Быков В.А. Зондовая микроскопия для биологии и медицины / В. А. Быков, М. И. Лазарев, С. А. Саунин //Сенсорные системы. 1998. — Т. 12. № 1.-С. 101−124.
- Быков В.А., Гологанов А. Н., Салахов Н. Э., Шабратов Д. В. Способ формирования кантилевера сканирующего зондового микроскопа // ЗАО «НТ-МДТ», ЗАО «СИЛИКОН-МДТ». Российская Федерация. Патент на изобретение № 2 121 657, приоритет от 08.05.07
- Бухарев А.А., Нургазизов Н. И., Можапова А. А., Овчинников Д. В. Изучение с помощью атомно-силового микроскопа in situ кинетики жидкостного химического травления субмикронных пленок диоксида кремния // Микроэлектроника. -1999. Т. 28. — С. 385−394.
- Imaging the elastical properties of coiled carbon nanotubes with atomic force microscopy / A. Volodin, M. Ahlskog, E. Seynaeve E. et al. // Phys. Rev. Lett. 2000. — Vol. 84, N. 15. — P. 3342−3345.
- Binnig G. Atomic resolution with atomic force microscope/ G. Binnig, Ch. Gerber, E. Stoll, T.R. Albrecht, C.F. Quate //Surface, 1987−189/190, p. 1−6.
- Leveque G. Effects of air damping in noncontact resonant force microscopy/ G. Leveque, P. Girard, S. Belaidi, G. Cohen Sola.// Rev. Sci. Instrura. -November 1997−68(11).
- Conference on Nanometer Scale Science and Technology (NANO-1). Baltimore, Maryland USA. 1990July 23−27. — P. 314
- Magonov S.N. Surface Analysis with STM and AFM / S.N. Magonov, M.H. Whangbo // New York Basel — Cambridge — Tokyo, 1996. P. 35−37.
- Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления развития // Под ред. М. К. Роко, Р. С. Уильямса и П. Аливисатоса: Пер. с англ. М.: Мир, 2002. С. 292.
- Образцов, Д.В. Исследование углеродных наноматериалов / Д. В. Образцов, В. П. Шелохвостов // Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология: материалы междунар. конф. / МГУ им. М. В. Ломоносова. ML, 2006. — С. 137.
- Образцов, Д.В. Исследование наноразмерных структур / Д. В. Образцов, В. П. Шелохвостов // Прогрессивные технологии в современном машиностроении: сб. науч. ст. 2-й Междунар. науч.-техн. конф. Пенза, 2006.-С. 76−78.
- Образцов, Д.В. Методика получения и исследование углеродных наноструктур с развитой поверхностью / Д. В. Образцов, В. П. Шелохвостов // Качество науки качество жизни: материалы 3-й Междунар. конф. 26 — 27 февр. 2007 г. — Тамбов, 2007. — С. 125 — 126.
- Образцов, Д.В. Методика подготовки объектов из углеродных нанопродуктов для просвечивающей электронной микроскопии / Д. В. Образцов, Д. А. Власюк // Новые идеи молодых ученых в науке XXI века.: сб. ст. магистрантов. Тамбов, 2006. — Вып. 4. — С. 140.
- Образцов, Д.В. Исследование на дериватографе процесса отжига углеродного наноматериала / Д. В Образцов., Х. Х. Саламех // Современные наукоемкие технологии. 2007. — № 10. — С. 77 — 78.
- Образцов, Д.В. Методика подготовки наноразмерных объектов в электронной микроскопии / А. В. Милованов, Д. В. Образцов, В. П. Шелохвостов // Сборник статей магистрантов. Тамбов, 2005. — Вып. 1. — Ч. 2.-С. 62.
- Образцов, Д.В. Разработка технологии получения наноразмерных тестовых объектов / Д. В. Образцов, В. П. Шелохвостов // Современные наукоемкие технологии. 2007. — № 9. — С. 1.
- Сычев В. В. Дифференциальные уравнения термодинамики. М.: Высшая школа, 1991, 224 с.
- Н.И. Алексеев, Г. А. Дюжев Дуговой разряд с испаряющимся анодом (Почему род буферного газа влияет на процесс образования фуллеренов?)// Журнал технической физики.- вып. 10.- Т71.-2001.-С.41−49.
- Белов Г. В. Термодинамическое моделирование: методы, алгоритмы, программы. М.: Научный Мир, 2002, 184 с.
- Образцов, Д.В. Метод оперативного электронно-микроскопического контроля параметров нанообъектов в процессе вакуумного синтеза / Д. В. Образцов, В. П. Шелохвостов, В. Н. Чернышов // Вестник ТГУ. Тамбов, 2007. — Вып. 5. — С. 593 — 594.
- Образцов Д. В. Синтез оксид-марганцевых нанообъектов в низкотемпературной плазме / Д. В. Образцов, А. В. Платенкин, Р. В. Шелохвостов, С. Н. Баршутин // Вопросы современной науки и практики № 2(8)/2007. Тамбов 2007. -С. 187−192.
- Линейные измерения микрометрового и нанометрового диапазонов в микроэлектронике и нанотехнологии Труды ИОФАН Т. 62, 2006.-147 с.
- Справочник инженера метролога М.: Издательский дом «Додэка -XXI», 2002.-384 с.
- Рего К. Г. Метрологическая обработка результатов технических измерений: справ. Пособие / К. Г. Рего Киев: Техника, 1987.-128 с.
- Текст компьютерной программы базы данных108