Файл: 1. Какие объекты являются предметом исследования науки называемой "Нанотехнология".docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.01.2024
Просмотров: 93
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
38. Перечислите достоинства свернутых гетеропленок.
1) Диаметр трубок широко варьируется и может быть легко задан подбором материалов 2) Широко варьируется спектр исходных материалов пленок и подложек (можно сворачивать и проводники, и диэлектрики) 3) Хорошее качество нанотрубок 4) Метод хорошо согласуется с типовой технологией изготовления интегральных микросхем.
39. Какие цели преследует нанесение покрытий.
Создание тонкоплёночных покрытий позволяет существенно изменить свойства исходного материала, не затрагивая объем и не увеличивая геометрические размеры. Толщина не более 1 мкм
40. Два подхода к улучшению служебных характеристик поверхности.
1) Модификация приповерхностных слоев различного рода обработкой (химическая, термическая, механическая, радиационная или их комбинации).
2) нанесение дополнительных слоев чужеродных атомов.
41. Какие две группы процессов используемых для нанесения покрытий вы знаете?
1) Физическое осаждение из паровой фазы. PVD
2) Химичекое осаждение из паровой фазы. CVD
В обоих случаях процесс осуществляют в вакуумной камере, в которой иногда создается небольшое давление технологического газа (относительно химически нейтральные газы – Ar, N2, этилен)
42. Какие способы распыления материала используются в методах осаждения из паровой фазы?
1)Распыление за счет термического нагрева (нагрев может осуществляться самыми различными способами: резистивным, электронно-лучевым, индукционным, лазерным и т.д.)
2)Распыление за счет кинетической энергии Ek ускоренных ионов нейтральных газов, например, ионы Ar.
43. В чем достоинства методов осаждения из паровой фазы?
1) Большое разнообразие материалов. Которые могут быть нанесены таким образом (Ме. Сплавы, полимеры, некоторые химические соединения)
2) Возможность получения качественных покрытий в очень широком диапазоне температур подложки.
3) Высокая чистота этого процесса, что обеспечивает хорошее качество сцепления.
4) Отсутствие существенного изменения размеров деталей.
44. Чем принципиально отличаются методы химического осаждения из паровой фазы?
В методах химического осаждения из паровой фазы материал, осаждаемый на подложку, возникает уже в самой рабочей камере за счет химических реакций распыляемого материала с атмосферой камеры. Энергия для протекания реакции обычно берется из плазмы газового разряда.
45. Что такое эпитаксия?
Эпитаксия – это технологический процесс ориентированного наращивания слоя материала на поверхность того же самого или другого материала, т.е. подложки, выполняющей функцию создания ориентирующего воздействия.
46. Какие разновидности эпитаксиальных процессов вы знаете?
Если материалы подложки и пленки совпадают, то процесс носит название автоэпитаксия, если материалы подложки и пленки – разные, то это гетероэпитаксия. Все эпитаксиальные процессы делятся на два класса:
1) Процессы со средой носителем (жидкофазные и газофазные эпитаксии).
2) Без среды носителя (вакуумные эпитаксии). Молекулярно-пучковая или молекулярно-лучевая эпитаксия.
47. Чем отличается псевдомофный рост от роста по принципу РСУ?
48. Жидкофазная эпитаксия. Достоинства недостатки.
Ориентированное наращивание из среды под названием раствор-расплав. В ее состав входят легкоплавкий металл-растворитель и тугоплавкий растворяемый компонент.
Достоинства: 1) техническая простота; 2)массовость процесса; 3)подложки могут быть очищены в процессе;
4) хорошее качество слоев при автоэпитаксиальном наращивании. Недостатки: 1) процесс грязный(т.к. присутствует металл-растворитель, что приводит к неуправляемому легированию растущего слоя); 2)ограниченная близкая возможность гетероэпитаксиального наращивания; 3)высокая температура, при которой протекает реакция.
49. Газофазная эпитаксия. Достоинства недостатки.
Процесс ориентированного наращивания из среды носителя, которым является газ. Технически метод реализовывается по так называемому методу проточной трубы.
Достоинства: 1) возможность гетероэпитаксиального наращивания; 2) процесс не требует сложного оборудования
3) возможность управляемого легирования растущего слоя; 4) возможна очистка подложки уже в процессе
Недостатки:1) высокая температура подложки; 2) процесс грязный(присутствуют продукты реакции); 3)необходимость использования очень чистых газов
50. Молекулярно-лучевая (пучковая) эпитаксия. Достоинства недостатки.
МЛЭ – вершина современных микро- и нанотехнологий. Процесс во многом схож с физическими методами осаждения из паровой фазы. При этом вещество так же распыляется в определенном источнике, затем переносится через вакуумный промежуток между источником и подложкой и оседает на подложке.
Достоинства:
Практически неограниченная возможность гетероэпитаксии; высокая степень чистоты процесса; мпревосходное качество эпитаксиально выращенных слоев, возможность моноатомного наращивания
Недостатки: сложность и высокая стоимость технологического оборудования; процесс не является массовым; процесс столь чувствителен к микровоздействиям окружающей среды, что не всегда получается задав параметры процесса получить 100%-ный результат.
51. Что такое фуллерен?
Фуллерен – высокопрочная молекула
. Такие молекулы располагаются в сфере с диаметром приблизительно 1нм. Атомы углерода в этой сфере образуют 12 правильных пятиугольников и 20 правильных шестиугольников.52. Что такое фуллерит?
Фуллерит — это молекулярный кристалл, в узлах решётки которого находятся молекулы фуллерена. В этом кристалле имеются октоэдрические и тетраэдрические полости, в которых могут находиться посторонние ионы.
53. Как можно модифицировать свойства фуллеритов?
Учитывая, что фуллерены гораздо крупнее атомов, то решетка получается неплотноупакованной, т.е. имеет октаэдрические полости в объеме. Если заполнить октаэдрические полости ионами щелочных Ме (K,Rb,Cs), то при температурах ниже комнатной, фуллерен превращается в принципиально новый полимерный материал, что очень удобно для формирования из заготовки полимера в околоземном пространстве (например, пузырей). Если заполнить тетраэдрические полости уже другими ионами, то образуется новый сверхпроводящий материал.
54. Что такое графен?
Графен – правильный шестиугольник, имеет плоскую структуру, но может быть и волнистый в том случае, если лист графена создан не из чередования правильных шестиугольников, а из комбинации 5-7 угольников,по сути это частица графита.
55. Как изготавливают "чистые", не содержащие кислород фуллерены.
Метод заключался в сжигании графитовых стержней – электродов в электрической дуге в атмосфере He при низких давлениях. Подбор оптимальных параметров процесса позволил оптимизировать выход годных фуллеренов, который от первоначальной массы стержня - 3-5% от массы анода, что, отчасти, объясняет высокую стоимость фуллерена.
56. В чем заключается промышленный способ изготовления фуллеренов, содержащих кислород.
Японцы фирмы Mitsubishi удалось наладить промышленное производство годных фуллеренов методом сжигании углеводородов. Но такие фуллерены – не чистые, они содержат в своем составе O2.
57. Как очищают и сортируют фуллерены?
При сжигании образуется что-то вроде сажи. Её смешивают с растворителем (толуолом),затем эту смесь фильтруют, после отгоняют на центрифуге, так, чтобы из оставшихся мелких включений выделить наиболее крупные. Затем выпаривают. Оставшийся темный осадок – мелкодисперсная смесь различных фуллеренов. Эту смесь следует разделить по индивидуальным составляющим. Это производят с помощью жидкой хроматографии, высокоразрешающей электронной микроскопии и с помощью сканирующей зондовой микроскопии.
58. Чем объясняется высокая стоимость карбоновых наноструктур?
Высокую стоимость фуллерена (как и других углеродных н/м) объясняет не только низкий % выхода, но и сложная система очистки.
59. Как изготавливают чистые УНТ?
Наиболее чистые углеродные материалы синтезируют при сжигании графитовых стержней в электрической дуге.
60. Как технически реализуется способ каталитического синтеза УНТ?
Катализаторы: микрочастицы железа (Fe), кобальта (Co), никеля (Ni) на кусочках цеолита. Эту смесь загружают во вращающиеся трубчатые печи и подают в них углеводород (этилен, ацетилен, метан) и сжигают при температурах 500 – 800 °С. На кусочках цеолита нарастает бахрома из углеродных нанотрубок.
61. В чем заключается химический способ изготовления графена?
Кусочки графита помещают в смесь соляной и серной кислот, графит в них окисляется и на краях появляются карбоксидные группы графена. Эти группы превращают в хлориды при помощи тионилхлорида, затем под действием октадециламина в растворах тетрагидроурана, тетрохлорметана, дихлорэтана они переходят в графеновые слои толщиной 0,54нм
62. В чем заключается наиболее перспективный с точки зрения электроники способ изготовления графена?
Получение графена на подложке SiC. Графитовая пленка образуется при термическом разложении поверхности подложки SiC.
63. Где могут быть использованы углеродные наноматериалы?
1)Для модификации оптических сред используются фуллерены.
2)Для изготовления принципиально новых композиционных материалов, причем, как с примесями нанотрубок, так и с фуллеренами
3)Для сверхтвердых покрытий. Поверхности инструментов, трущихся деталей ит.д. Достигают свойства алмаза по твердости.
4) Для смазочных составов и присадок.
5) Для контейнеров, т.н. водородного топлива, которые в дальнейшем будут использоваться как химические источники энергии
6) Для изготовления наносенсоров, регистрирующих физические и химические виды воздействия. Чувствительность – 1 молекула чужеродного вещества.
7) Зондов, для сканирующей микроскопии.
8) Для изготовления атомных манипуляторов
9) Для изготовления наномеханических накопителей информации.
10) Для изготовления нанопроводников, нанорезисторов, нанотранзисторов, нанооптических элементов.
11) Для изготовления защитных экранов от э/м излучения и высоких температур. Технология «стелс».
12) Можно изготавливать наноконтейнеры для лекарств.
13) Для изготовления крупногабаритных плоскопараллельных дисплеев высокой четкости и яркости.
64. Какие объекты могут быть исследованы СТМ, а какие АСМ и почему?
С помощью СТМ могут быть исследованы проводящие материалы, АСМ позволяет исследовать и диэлектрические материалы, кроме того, АСМ позволяет измерять рельеф поверхности объекта даже если он находится в жидкости или в специальных консервирующих газах, что позволяет исследовать органические молекулы, например ДНК. Т.к. принцип действия АСМ основан не на протекании туннельного тока, а на взаимодействии зонда (кантилевера) с поверхностью исследуемого объекта на принципе отталкивания и притяжения 2-х атомов.
65. На каком эффекте работает СТМ?
Если сблизить два отдельных атома на достаточное расстояние, то между этими атомами возможен обмен электронами без дополнительного приобретения этими электронами энергии. Следовательно, если взять два тела, сблизить на достаточное расстояние, то между этими телами потечет туннельный электрический ток, т.к. процесс перехода электронов через потенциальный барьер без приобретения энергии называется туннелированием. Для реальзации этого необходимо выполнение двух условий:
1) У одного из тел должны быть свободные электроны, а у другого незаполненные электронные уровни, на которые эти электроны могли бы перейти.
2) Между телами требуется приложить разность потенциалов, причем её величина меньше, чем при пробое воздушного зазора.
66. Нарисуйте схему, иллюстрирующую принцип работы СТМ.