Ковтун Г.Л., Веревкин А.Л. Наноматериалы: технологии и материаловедение
Подождите немного. Документ загружается.
ве
ли
чина
1
==
20
-;-
2000
нм
И
размножение
д
и
с
л
о
к
а
ц
и
й
с
помощью
Э
ТИ
Х
ис
точников
ока
зываются
подавленным
.
С
другой
стороны
,
по
д
действием
сИЛ
и
з
об
р
а
жени
я
,
обусловленных
наличием
границ
раз
дела,
проис
ход
ит
к
а к
б
ы
вы
та
лкивание
ди
сл
о
к а
ци
й
и
з
объема
нанокристаллов
,
чему
пр
е
пя
тс
твую
т
силы
трения
в
кристаллической
решетке
.
Теоретически
был
о
це
не
н
характерный
размер
свободного
нанокристалла
L·,
ниж
е
которого
вероя
т
нос
ть
су
щ
е
ств
о
в а
н
ия
внутри
кристалла
подвижны
х
дислокаций
мала
[28]:
с
=
аОЫ
.
n
.
,
(5)
г
д
е
а
ко
эффициен
т
,
зависящий
о т
'
г
е
о
м
е
тр
и и
дислокаций
и
и
зменя
ю
щ
ийся
в
пр
еделах
0,1.. . 1,0;
т
_ -
напряжение
Пайерлса
-Набарро
.
Оц
ен ки
L·
пл
я
С
и,
AI, Ni, Fe
приводят
к
значениям
в
и
нт
ервале
2...100
нм
,
ч
т
о
примерно
совпада
ет
с
опытными
данными
.
Ва
жным
ИСТОЧНИ,\9М
д
и
сл
о
к
а
ци й
в
наноматериалах
является
их
э
м
и
с с
и
я
с
границ
зерен
,
ЧТО
наблюдается
э
к с
п
е
р
и
м
е
нтал
ь
н
о
и
из
к
о
м
пь
ю
т
е
р
н
о
г
о
моделирования
[27].
Так
,
из
моде
льного
эксперимента
с
л
е
д
у
ет,
что
в
ианокристалпической
меди
(L - 5,2
нм
)
пос
ле
1
0
о/
Q-
Й
д
е
ф
о р
м
а
ц
и
и
наблюдается
уширение
межзеренны
х
границ
и
появление
ч а
с
тичных
л
и
с
л о
к
а
ц
ий
Шокли
.
Особенно
в е
лика
роль
з
е
р
н о
граничных
л
и
с
л
о
к
а
ц
и
й и
д
и
сл
о к а
ци
й
несоответствия
в
наноматериалах
,
полученных
м
ето
дами
ин
т
енсивной
пластической
деформации
.
Можно
по
лагать
,
что
роль
д
и
сл
о к
а
ц
и й
в
пла
стической
д
е
ф
ор
м
а
ци
и
нанома
териалов
пренебр
ежительно
мала
.
При
э
т
о
м
они
часто
пре
дставляют
собой
неподвижные
(
с
идя
ч
и
е
)
конфигурации
,
ч
то
,
по
ви
димом
у
,
являе
тся
одной
из
причин
того
,
что
нвномвтериалы
при
испытании
на
растяжение
обнаруживаю
т
весьма
низкую
пластичность
.
Опр
е
д
еляющую
ро
ль
в
аномалиях
механических
свойств
н
ан
ом
агери
апов
играю
т
,
по
всей
вероятности
,
границы
зерен.
Природа
границ
раз
де
л
а
вообще
и
,
в
особенности
,
применительно
к
нанома
териалам
,
про
д
о
лжае
т
оставаться
предметом
д
и
с
ку
с
с
и
й
[18].
В
простейшем
случае
на
нокр
и
с
талл
ически
й
материал
,
состоящий
из
атомов
одного
сорта
,
со
д
ержи
т
д
в
а
ком
пон
ента,
разпичающихся
по
СТРУК1УРе
:
упорядоче
нные
зе
р н
а
(кри
стал
литы
)
размером
5 ... 20
нм
И
межкристаллитные
границы
до
1,0
нм
.
На
ри
с
.
1
О
представлена
простейшая
двумерная
моде
ль
н
ано
с
тр
уктуры
с
нанокристаллитами
разного
размера
и
ориентации
.
Ширина
границ
раздела
,
определенная
разными
методами
на
р
азличных
нанокри
стаялических
материалах
,
составляе
т
от
0,4
до
1,0
нм
[12].
А
томная
структура
границ
не
является
простой
и
зависит
о
т
многих
пар
а
м
етров
:
в
заимно
й
ориентации
соседних
кристаллов
,
типом
м
ежа
т
омн
о
го
в
заим
о
д
ействия
и
т.д
.
Атомная
плотность
межфазных
границ
на
20...40 %
ме
н
ь
ш
е
плотности
нанокриста.ллитов
,
что
,
по
-видимому
,
19
я
вля
е
т ся
р
е
з
у
ль
та
том
не
соот
ветс тв
и
я с
трукту
р р
азличн
ых
нанокри
сталп
и
то
в
,
р
азвер
н
ут
ы
х
хаот
ично
д
руг от
нос
ите
льно
д
руга.
Пос
к
о
ль
ку
к
ристалл
ит
ы,
ф
ормир
ующи
е
н
а
нокр
и
с
тап
лич
е с к
и й
материал
.
ориентированы
случайно
,
то
таких
границ,
имеющи
х
р
аз
ли
ч
н
о
е
с
ос
тоя
н
и
е
,
мож
е
т
бы
ть
п
оря
дка
101
9
см
'
}
[2].
.-
......
-.
.. : ....•-•..
...
' ..q .... :
.
~
••
' 0
.. .... ....
--
. ' " .
·
... "
..
. .
1 - . : " •••
!flМ
.•.••
~.
.
. .
.','..
""
,'.:",'....
.r.'..I
~
·
.
'..'
-
.-
•
о
• • :
"0
'
••
••••
••
1•... ..
4 • • • • • • • ' "
••
• • _ •
.':-
'.:."
-
~
:'1' ·'.,'
..
'
••
.
о
: :
: " . : . ' .." , .... , :
·.
...
.':
.,
.
~
'.••.•.':
:'
r.}
•••
••
.
.•.••
~
: "
~
Gt!5!J
i'
••
~.
.
..
: :. .
••• '
•••••
• ••
.•
..1:
••••
•• :.
1'
..
......• ••....•
~.
г:
'
.
••
..
.........•• .
~
: : : .
. . . " , . .
.
.'
:.:.:.
е.
· ·
..• 8 :
:
.
~
.
;
......
..
...
... ·····1··· .':•• .
..
'.
..
0.
8:
'.
11
.
· . . . . '.'.' . . ,
-,
;
~
~
.
.
~
.
J'
~
.
...
...
~ .
Ри
с
.
/
О.
Двумер
ная
модель
нан
о
кри
ст
аллич
е
ск
о
г
о
мат
ер
иала
[2].
На
нокр
ис
талл
и
ты
с
разн ой
о
р
ие
н
та
ц
ией
и
з
о
б
р
аж
е
ны
в
вид
е ч
ерных
к
ру
ж
ко
в
,
меж
ф
азн
ые
г
р
ан
и ц
ы
- 8
ви
д
е с
ве
т
л
ы
х
кружк
ов
Об
ъемная
д
ол
я
границ
з
е
р
е
н
у
ианома
тери
ало
в
во
зр
а
с
та
ет
по
мере
сн
иж
ения
р
азмера
з е
р
н
а
,
а
з
ате
м
с
нижа
е
тся
.
В
т о
же
в
ре
м
я
о
б
ъ
емная
до
ля
трой
ных
стыков
з
е
р
е
н
постоянно
ра
с
те
т
(
р и
с
.
11).
ТроКн
...
tI
СЛОИ
....
,
....
,
.."
Гр.flН"Ц'"
JepeH
...
...
.....
-
...
.......
_------
5
о
10 1S 20
P4ii:Mep
:i:8pHa,
нм
Ри
с
.
/ 1.
Зави
с
имос
ть
об
ъем
ной
дол
и
г
р
а
Н
lI
/{
зе
р
е
н
1/
т
р
о
й н
ы
х
с
тыков
о
т
ра
з
ме
ра
зе
р
н а
(
п
р
и
т
о
лщин
е г
р
а
н и
ц
ы
з
е
р
н а
/
н
м
)
[24]
20
Тройные
СТЫКИ
могут
оказывать
значительное
влияние
на
зарождение дислокаций
,
диффузионную
подвижность
и
ротационную
моду
деформации
в
наиоматериалах
.
Более
подробно
структура
межзеренных
границ
изучена
На
наноматериалах
,
полученных
методом
интенсивной
пластической
деформации
[29J.
В
этом
случае
межзеренвые
границы
характеризуются
рядом
особенностей:
высокой
концентрацией
свободного
объема
и
зернограничных
дислокаций
,
повышенной
диффу
зионной
проницаемостъю
и
склонностью
к
образованию
сегрегаций
.
Объемные
ДО
ЛИ
межзеренной
н
внутризеренной
(совершенной)
компоненты
равны
при
размерах
зерна
- 5
нм.
При
уменьшении
размера
зерна
до
2
нм
вклад
объемной
доли
межзереннего
вещества
(с
учетом
тройных
стыков)
может
составлять
80...90 %.
В
этом
случае
структурное
состояние
межзеренных
или
межфазных
границ
существенным
образом
от
личается
от
СТРУК1УРного
расположения
атомов
в
кристаллах
.
По
мере
снижения
размера
зерен
нвнокристаллических
мат
ериалов
классическое
дислокационное
течение
плавно
истощается
,
уступая место
зернограничному
микропроскальзыванию
,
которое
реализуется
тем
легче
,
чем
меньше
размер
зерна
.
По-видимому,
это
является
основной
причиной
аномального
поведения
уравнения
Холла-Петча,
основанного
на
различных
дислокационных
моделях,
когда
величина
зерна
достигает
критических
размеров
и
происходят
кардинальные
изменения
механизмов
деформации
связанные
с
границами
зерен
[ЗО]
.
.
Выяснение
лрироды
границ
зерен
в
нвноматериалах
и
нахождение
методов
управления
их
свойствами
позволит
в
будущем
оптимизировать
механические
свойства
наноматериалов
.
Важным
фактором
,
определяющим
механическое
поведение
наноматериалов
,
являются
внутренние
напряжения
.
Они
все
гда
имеются
в
наноматериалах
из-за
большого
числа
близко
расположенных
границ
зерен
и
тройных
ст
ы
к
о в
з
е
р
е
н
.
Кроме
того
,
внутренние
напряжения
могут
возникать
вследствие
особенностей
методов
получения
ваноматеривлов.
Наличие
ВЫСоких
внутренних
напряжений
у
нанокристаллов
приводит
также
к
изменению
атомной
структуры
наноматериалов.
В
частности
,
обнаружено
изменение
межатомных
расстояний
в
кристаллической
решетке
,
снижение
координационного
чис
ла
с
уменьшением
размера
зерен
наноматериалов
[18, 31].
Изучение
особенностей
распространения
трещин
в
наноматериалах
представляется
важным
в
связи
с
возможностью
повышения
значения
трещиностойкости
(вязкости
разрушения)
K
1c
хрупких
наноматериалов
.
Имеющиеся
на
этот
счет
сведения
пока
противоречивы
,
хотя
данны
е
о
повышении
вяз
кости
многофазных
керамических
ванокомпозитов
являются
обнадеживающими
[19].
Хрупкие
материалы
(интерметаллицы
,
21
нанокерамика)
становятся
пластичными
ниже
критических
размеров
.
У
керамических
ваноматериалов
обнаружена
повышенная
пластичность
при
низких
температурах
,
ее
МОЖНО
использова
ть
в
промыщпенных
процессах
э
кструз
ии
и
прокатки
[26].
Значительный
практический
интерес
представляет
температурная
стабильность
наномалериалов
,
явление
сверхпластичности
.
За
счет
перехода
к
наносостоянию
для
некоторых
систем
(Ni
з
А
l
,
Тi0
2
,
zrO:z
11
др
.)
температурный
интервал
проявления
сверхпластичности
удалось
снизить
на
300 ...400
о
с
по
сравнению
с
обычными
мелкозернистыми
материалами
,
но
в
целом
эти
вопросы
требуют
дальнейшего
выяснения
.
Для
бо
льшинства
металлов
в
нанострУК1УРНОМ
состоянии
повышение
прочности
сопровожлается
потерей
пластичности.
В
связи
с
этим,
оптимизация
структуры
ваноматеривлов
с
целью
придания
им
высоких
показате
пей
прочносги
при
удовлетворительной
пластичности
является
одним
из
важнейших
направлений
в
области
наноструктурного
материаловедения
.
Предлагаются
различные
подходы
,
в
частности
,
создание
многофазных
композиций
,
дисперсно-упрочненных
сплавов
с
использованием
наночастиц,
применение
методов,
обеспечивающих
в
118НОСТРУКТУРНЫХ
материалах
отсутствие
пор
и
микронеоплошностей
и
др.
[27].
2.
МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ
Методы
исследования
нанообъектов
направлены,
прежде
всего
,
на
определение
размера
и
структуры
наночастиц,
установления
влияния
размерных
эффектов
на
свойства
ианоматериалов.
В
настоящее
время
существует
много
разнообразных
методов
диагностики
,
методик
исследования
физико-химических
х
а
р
а
к
т
е
р и
с
т
и
к
твердотельных
наноструктур
[2, 3, 11, 12, 31].
Для
этих
целей
широко
используются
традиционные
методы: электронная
микроскопия
,
методы
рентгеновской
спектроскопии
и
дифракции,
оже-спектроскопия
,
нейгронография
и
др
.
Значительный
прорыв
в
исс
ледовании
микроскопического
состояния
вещества
связан
с
созданием
сканирующих
зондов.
Традиционно
нанотехнологию
связывают
с
созданием
сканирующего
туннельного
микроскопа
(СТМ)
[33].
Его
создатели
,
Г.
Бинниг
11
Г
.
Рорер
,
с
помощью
СТМ
в
1982
г.
впервые
получили
изображение
поверхности
золота
,
а
затем
и
кремния
с
атомарным
разрешением
(
р
и
с.
12).
За
э
т
о
открытие
в
1985
г
.
ученые
были
удостоены
Нобелевской
премии
.
Принци
п
работы
СТМ
основан
на
туннелировавиа
э
л
е
ктр
о н о
в
чере
з
вакуумный
барьер
(рис
.
13).
22
•
," '4
~
..
..
..
•
·
.
-
..
..
••
,
....
.1
- <1(
•
•
..
..
••
•
•
..
•
·
..
.
.....
.
..
..
..
". .
, *
.
•.
'
..
•
...
.
..
'"
.-
....
t'.
..
.
..
..
·.
..
..
.
...
.
• •
..
~
.'
•
Ри
с
.
J2.
И
з
о б
р
а
ж
ени
е
n
ов
ер
Хlf
о
сти
,
'lf
о
н
а
к
р
и
с
т
Ш
lЛ
U
'l
е
с
к
о
г
о
кр
емн
ия
,
п
ол
у
ч
енн
о
е
с
п
о
м
ощ
ь
ю
СТМ
[ЗЗ]
Р
абочим
органом
етм
-
з
о
нд
о
м
-
сл
у
ж
ит
т
о
к
о п
р о
в
о
дя
щ
ая
металл
и
ч е
с
к ая
иг
ла
.
З
О
НД по
дво
ди
тся
к
и
з
уча
емо
й
повер
хно
с
ти
н
а
оч
ен
ь
б
л
из
к о
е
ра
с
стояние
(- 0.5
нм
)
и
,
при
по
дач
е
на
з
о
нд
пос
тоянного
напряж
ения
,
м еж
ду
ними
во
зника
е
т
туннельный
ток
,
который
э
к
с
п о
не
н
ц
иал
ь
н
о
з
ав
и
с
ит
о т
ра
с
с
т
ояния
м
еж
ду
ЗОНД
О
М
и о
бр
азц
ом
.
Это
значи
т
,
что
при
у
в
е
л
и
ч
е
н и
и
расс
тояния
л
и
ш
ь
на
0.1
им
ту н
н
е
л
ь
н
ы
й
т о
к
у
м
е
н
ь
ш
а
е
т
с я
поч
ти
в
I
О
раз
.
Им
енно
э
т о
и
об
е
сп
ечива
ет
высок
ую
разрешающую
спосо
бнос
ть
микроскопа
,
поско
льк
у
незначи
ге
пьные
и
змен
ения
по
высоте
ре
ль
ефа
повер
хно
с
ти
вы
зываю
т су
щест
ве
н
н о
е
и
зм
ен
ение
ту
н
нел
ь
н
о
г
о
т
о
ка.
Подд
ерживая
т
о
к и
расс
тояние
постоянными
при
помощи
с
л
е
дящей
сист
емы
,
з
о
нд
ск
аниру
ет
п
о
в
е
рх
н о ст
ь
,
перем
ешаясь
н
ад
нею
по
ося
м
Х
и
У
,
то
опу
с к а я с ь
,
то
по
днимаясь
в
з
ав
и
с
и
м
о
ст
и
о
т
ее
р
ель
ефа.
Зонд
Z
Х
у
-
-
r
~
I
-
-
-
-
- -
I
I
Ри
с
.
J3.
П
ринцип
р
а
б
от ы
С
Т
М
23
Инф
орм
ация
об
э
т
о
м
персмеш
ении
отсл
ежива
ет
ся
к
омпью
т
ером
и
п р о
гр
а
м
м
н о ви
з
уали
зир
уется
,
что
б
ы
иссл
е
доват
е
ль
м
о
г
у
в
ид
е
т
ь
на
э
к
р
а
не
объе
кт
с
нуж
ны
м
р
азрешением.
С
у
щ
е
ств
ую
т
д
в а
варианта
конструкции
С
Т
М
в
з
а в
и
с
и
м
о
с
ти
от
р
ежима
сканирования
о б
раз
ц
о
в
.
В
режиме
постоянной
вы
со
ты
острие
иг
лы
перемеша
е
тся
в
горизон
тальной
плоскости над
обр
азцом
,
а
ток
тунне
пирования
и
зменя
ется
(
р
ис.
1
4
,а
)
.
И
с
хо
дя и
з
д
а н н
ы
х о
в
еличин
е
тока
ту н неп и
р
о
в а
н
ия
,
из
м
е
р
е
нн
о
г
о
в
каж
дой
то
ч к е
поверхно
сти
,
строится
обр
аз
се
ре
льефа
.
В
режи
м
е
постоянного
тока
С
Т
М
зад
е
й
ст
вует
с
я
с
истем
а о
б
рат
н
ой
с
в яз
и
для
п
одд
е
рж
а
н и
я
пос
тоянно
го
тока
туннел
и
р
о
ва
н
ия путе
м
по
дстройки
высоты
сканирующего
у
стр
о
й
с
тв
а
над пов
ер
хно
стью
в
каж
дой
ее
т о
ч к
е
(
р
и
с
.
14
,
б
)
.
ТОК
тзннвлироввния
~
ТОК
тУННflлuроsаНUR
Пульс
острия
иглы
Иала
Пульс
острия
иглы
~
_
..
,,,
\ _
....
1
"".,
"
...
'
....
г"
\.
_
,-~
I
а
б
Ри
с
.
14.
Р
е
жи
м
ы
ра
б
оты
СТМ
:
изме
н
яю
щийся
т
унн
ельн
ый
т
о
к
(
а
)
.
пос
то
я
нн
ы
й
т
ун
н
ел
ьный
т
о
к
(6)
у
каж
до
го
р
ежима
ес
т
ь
пр
еим
уществ
а
и н
е
д
оста
т
ки
.
Р
е
жим
постоянной
вы
соты
бо
л
е
е
бы
с
трый
,
так
как
сист
еме
не
при
хо
ди
т
ся
п
ередвига
ть
сканир
ующее
устройство
вверх
-вни
з
,
но
при
э
т
о
м
можно
получить
по
ле
зную
информацию
тол
ько
с
относи
т
е
льн
о
гладк
их
обр
азцов
.
В
режиме
постоянного
тока
можн
о с
выс
окой
т о ч
н
ост
ь
ю
из
уч
ат
ь
сл
о
ж
н
ы
е
пов
ер
хности
,
но
он
з
а
н
и
м
а е
т
и
больше
врем
ени
.
Важной
д
е
тал
ь
ю
сканирующ
его
ту
н н
е
л ьн
о
го
микрос
копа
я
в
л
я
ется
механич
еский
манипу
ля
тор
,
который
д
о
л
ж
е
н
обеспечива
ть
пер
смещ
ени
е
з
о
нд
а
над
поверхнос
тью
с
т о ч
н о
ст
ь
ю
д
о
тысячны
х
д
о
л
е
й
нанометра
.
Обычно
механич
еский
манипу
лятор
и
зготав
ливаю
т
и
з
пь
е
з
окерамического
ма
т
ериала
.
Применеине
е
т
м
по
зволяет
пров
о
дитъ
исс
ле
дования
о
т
д
е
льны
х
ат
ом
ов и
моле
ку
л
,
нанокла
ст
ер
ов
,
на б
лю
дать
проц
е
ссы
п
ер
естрой ки
повер
хнос
ти
на ат
о
м
н о
м
уровн
е
,
ет
м
може
т
применя
ться
для
с
озд
а
н
ия
24
искусств
енных
поверхностны
х
структур
с
помощью
перемещения
а
томов
с
о
с
трия
на
повер
хность
(р
ис
.
J5) rJ7J.
9
6
з
600
500
400
300
А
200
100
600
500
400
зоо
200
А
100
о о
Ри
с.
J5.
С
Т
М
-
uз
о
б
р
а
ж
е
н
и е
ни
з
кора
зм
ерно
й
в
а
н
ад
и
й
-
ок
сид н
ой
с
т
рук
т
у
р ы
на
пов
ерхн
о
сти
пиро
графита
[} 7)
Т
унне
льный
микроскоп
позво
лил
ученым
иссле
довать
повер
хности
н
а
ато
мном
у
ро
в
н
е
.
О
днако
этот
прибор
име
ет
и
ря
д
огра
ничений
.
Основанный
на ту
н н
ел
ь
н
ом
э
ф
ф
е
кте
,
он
может
применя
ться
только
для
изучения
матери
алов
,
х
о
р
о
ш
о
проводящих
э
лектрический
ток
.
а
1986
г
.
в
л
а
б
о
р а
то
р
и
и
Цюри
хского от
деления
lВM
бы
л
и
созданы
микроскопы
с
л
е
д
ующего
поко
ления
-
а
том
но-силовые
(
А
С
М
).
А
СМ
т о
ж
е
по
зволя
е
т
иссле
довать
поверхности
с
а
томной
точностью
,
н о
уже
вовсе
н
е
обя
за
те
льно
э
л
е
кт
р
о
п
р
о
в
о
дя
щ
и
е
.
Се
г
од
ня
именно
он пр
е
дставля
ет
наибо
льший
интерес
ДЛ
Я
исс
ле
довате
лей
.
Принципы
де й
с
т
в
ия
атомно-си лового
и
тунне
льного
микроскопов
пра
ктич
ес
ки
о
динаковы
,
т ол
ь
к
о
в
о
тличие
от
тунне
ль
ного
,
атомно-силовой
м
и
кроск
оп
основан
на
ИСпо
ль
зовании
с
ил
межатомных
с
в я
з
е
й
.
На
малы
х
расстояниях
(
о
к
ол
о
О
,
J
нм
)
меж
ду
а
томами
двух
тел
д
е
й
ст
в
у
ю
т
силы
о
тталкивания
(
р
и
с
.
1
6
,
б
)
,
а н а
больши
х
-
силы
при
тяж
ения
(рис
.
16
,а)
.
Э
Т
И
сил
ы
у
р
а в
н
о
в е
ш
и
в
а
ю
т
с
я
на ра
с
ст
оянии
меж
ду
а
т
омами
око
ло
0,2
ИМ
.
25
I
+ ....
,
d >R
a
а
б
Рис
.
16.
Принцип
действия
АСМ:
притяжение
(о)
,
отталкивание/б)
в
сканирующем
атомно-силовом
микроскопе
такими
телами
служат
исследуемая
поверхность
и
скользящее
над
нею
острие.
В
качестве
зонда
в
ДСМ
обычно
используется
алмазная
игла.
При
изменении
силы
F,
действующей
между
поверхностью
и
острием
,
пружинка
,
на
которой
оно
закреплено,
отклоняется
,
и
зто
регистрируется
датчиком.
Величина
отклонения
упругого
элемента
(пружинки)
несет
информацию
о
рельефе
поверхности.
Подобно
етм
в
дем
сканирование
поверхности
может
происходитъ
двумя
способами:
сканирование кантилевером
(держатель
зонда)
и
сканирование
подложкой.
В
первом
случае
вдоль
исследуемой
поверхности
движется
кантилевер,
во
втором
относительно
неподвижного
кантилевера
движется
сама
подложка
.
Поскольку
дем
не
требует
,
чтобы
образцы
были
ПрО80ДЯЩИЫИ,
он
позволяет
исследовать
свойства
проводников
и
изоляторов,
молекул
ДНК
и
других
мягких
материалов.
Дальнейшее
развитие
зондовой
микроскопии
показапо
,
что
изложенный
принцип
может
быть
реализован
практически для
любого
вида
взаимодействия
острия
зонда
с
поверхностью.
Это
привело
к
созданию
целого
ряда
различных
подвидов
микроскопов,
носящих
общее
название
-
сканирующие
зовлевые
микроскопы
(СЗМ).
Сегодня
наиболее
известны
следующие
их
разновидности:
-туннельные
зонды;
-
атомно-силовые
зонды
;
-
оптические
зонды
ближнего
поля
;
26
-
магнитные
силовые
зонды
;
-
э
л
е
ктр
о
ста
т
и
ч
е
с
к
и
е
силовые
зонды
и др
.
В
конструкции
каждого
сканирующего
з
о
нд
о
в
о
г
о
микроскопа
есть
свои
особенности
.
Однако
общая
схема
остается
более
или
менее
одинаковой
.
В
состав
СЗМ
обычно
входит
компьютер
,
который
управляет
работой
э
л
е
ктр
о
м
е
х а
н
ич
е
с
к
о
й
части
микроскопа
,
принимает
и
записывает
регистрируемые
зондом
данные
и
про
изводит
на
их
основе
построение
СЭМ-и
зображения
.
Кроме
т
о
г
о,
специальное
программное
обеспечение
позволяет
исс
ледователю
как
угодно
манипу
лироватъ
полученным
и
зображением
(масштабировать
,
поворачивать
,
строить
сечения
и
т
.п
.)
,
чтобы
проанализирова
ть
наблюдаемую
картину
поверхности
.
Сегодня
СЭМ
являются
основными
инструментами
исследований
наноматериалов.
Бла
годаря
значит
ельным
усовершенствованиям
,
они
позволяют
изучать
не
только
топо
логию
(геометрические
особенности)
исследуемых
объектов
,
но
и
массу
других
характеристик
:
магнитные
и
э
л
е
ктр
ич
е
с
к
и
е
свойства,
твердос
ть
,
однородность
состава
и
др.
и
все
это
с
нанометровым
разрешением
.
Кроме
определения
различных
параметров
,
современные
СЭМ
по
зво
ляют
манипулировать
нанообъектами
,
обеспечивать
захват
отдельных
атомов
и
пере
нос
их
в
новую
позицию
,
производить
а
томарную
сборку
проводников
шириной
в
один
атом
,
при
давая т
е
м
самым
поверхностям
различных
предметов
новые
нужные
качества
.
В
качестве
примера
на
рис
.
17
показано
строительство
"
к
в
а
нто
в
о
г
о
загона
"
(
о кр
уж
н
о
с
ти
радиуса
7,1
нм
,
состоящей
из
48
атомов
же
леза
на
поверхности
меди)
[34].
Квантовый
загон
действует
как
двумерная
яма
цилинцрической
формы
для
электронов
поверхности
.
Круговые
волны
,
видимые
на
СТМ-изображении
внутри
загона
.
--
это
стоячие
э
л
е
ктр
о н
н
ы
е
волны
,
существование
которых
предсказыва
ет
решение
уравнения
Шредингера
ДЛЯ
таких
граничных
условий
.
Хотя
приведенный
пример
достаточно
э
ф ф
е кт
е
н,
но
необходимо
о
тметить
,
что
для
формирования
даже
такой
относительно
простой
наноструктуры
требуются
часы
кропотливой
работы
оператора
е
т
м,
что
совершенно
не
годится
для
промышпенного
производства
интегральных
схем
,
где
число
э
л
е
м
е
нт
о
в
исчисляется
миллионами
и
даже
больше.
27
Ри
с.
/ 7.
Наб
ор
по
сл
ед
оват
ел
ьн
ы
х
CTM
-
из
об
ра:же
Il
UЙ.
к
о
торые
иллюс
т
р
ирую
т
пр оц
е с
с
ф
ор
ми
р
ов
ания
"кв
ан
тового
з
аго
на
"
и
з
48
а
томов
г«
ад
с
ор
бир
ованн
ых
11
0
п
о
в
ер
хн
о
сти
с
иа
н)
[34)
3.
СП
ОСОБ
Ы
ПОЛУЧЕНИЯ
НАНОМА
ТЕРИАЛО
В
Сущес
тву
е
т
д
в
а
принципнально
разных
подхо
да
к
р
азвити
ю
нанот
ехноло
гии
.
Э
т
и
по
дхо
ды
усл о
в
н о
принято
н
азыва
ть т
ехно
ло
гиям
и
«с
в
е
р
ху
-
в
н
из»
и
«
с
н
изу-
в в е
рх»
.
По
дхо
д
с
ве
рху-
в
н
из
ос
нован
н
а
у
ме
н
ь
ш
е
н и
и
размеров
физических
тел
впло
ть
д
о
получения
объектов
с
нанор
азмерными
параметрами.
Т
е
хноло
гия
сниз
у-вв
ер
х
з
а кл
ю
ч
ае
т
с я
в
том
,
что
со
з
даваемый
нанообь
ект
"
с
о
б
и
р ает
с
я"
и
з
ин
дивидуальных
атомов
,
мо
лекул
,
био
логич
еских
клеток
и
т.
п.
На
во
зможность
и
перспективно
с
ть
такого
по
дхо
да
впервые
у
к
аз
ал
Ричард
Феймаи
[1
З] в
выс
туп
л
ении
на
е
ж
ег
од
н
о
м
собрании
Американского
фи
зического
обще
ства
в
1959
г.
Практич
е с
кая
реали
зация
т
ехно
лог
ии
с
н изу
-
в в е
рх
стала
во
зможно
й с
развитием
те
х н
и к
и
з
о
нд
о
в
о й
микроскопии
,
по
зво
ливш
ей н
е
тол
ь
ко
н
а
бл
юд
ат
ь
на
нообъ
е
кты
с
атомны
м
р
азрешением
,
110
11
мани
пу
лиров
а
ть
ед
и н
ич
н
ы
м
и
атомами
и
мо
леку
лами
.
Вп
ервые
з
то
уд
ал
о
с
ь
с
де ла
ть
с
о
тр
уд
н
и
к
ам
л
а
б о р
ат
о
р и
и
18М
,
которы
е
су
мел
и
выложи
ть
на
повер
хнос
ти
м
онокрис
талла
ник
еля
названи
е
с
в
оей
фирмы
(lBM)
и
з
35
а
то
мо
в к
сен
о
на
.
Так
ая
тех н
и
ка
от
крыв
а
е
т
много
во
зможно
стей
дл
я
м
ани
п
у
ляции
н
а
уровн
е
28