(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Нанотехнологии Микроскопы Фуллерены Углеродные нанотрубки Технологии

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Ахметзянов Изяслав Дмитриевич Вице – президент Регионального отделения Академии электротехнических наук РФ (АЭН ЧР) Исполнительный вице - президент AGL Technologies Co., Ltd. (Сеул, Республика Корея) Консультант по вопросам интеллектуальной собственности российских и международных компаний (Дипломы Международного учебного центра МОТ ООН и Свидетельство ВА ВОИС ООН) Автор более 100 научных трудов и изобретений, в том числе по нанотехнологиям, защищенных патентами многих стран мира (РФ, США, Великобритания, Австрия, Швеция, Финляндия, Республика Корея и др.). Лектор:

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Послание президента Н.Федорова "Чувашия из будущего и для будущего" Нам необходимо решить две основные задачи: первая – модернизация существующих базовых отраслей, повышение их восприимчивости к инновациям; вторая – создание на всей территории республики высокотехнологичных секторов, определяющих перспективы развития в будущем, – био- и нанотехнологий, новых медицинских и гуманитарных технологий – тех, что составляют так называемый шестой технологический уклад. Первый приоритет – Нанотехнологии Второй приоритет. Я недавно объявил о том, что Чувашская Республика реально может стать первым биорегионом России. По сути, в 2010 году будет дан старт «зеленой революции» в Чувашии Третий приоритет – развитие и использование конвергентных информационно-коммуникационных технологий Четвертое направление – развитие иных, кроме солнечного, альтернативных источников энергии Подход к новой экономике требует дальнейшего развития и повышения уровня образования, культуры и здравоохранения. Инвестиции в человека – не что иное, как прямые инвестиции в экономику.

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Послание президента Н.Федорова "Чувашия из будущего и для будущего" В свете сказанного хотел бы обратить ваше внимание на то, что все амбициозные цели и задачи, о которых сегодня идёт речь, могут быть достигнуты и иметь значение только при соблюдении двух обязательных условий Первое – это качественное изменение состояния нашего высшего образования Мы совершили настоящую революцию в школе, много интересного сделано в начальном и среднем специальном профессиональном образовании Проблемы высшей школы не могут быть решены путём административного давления и гнёта Поэтому обращаюсь к ректорам, деканам, профессорам, доцентам, преподавателям: поймите, прочувствуйте свою совершенно уникальную роль в движении нашей республики в будущее Сегодня становится императивом исключительно мировой класс высшего образования Второе обязательное условие – это здоровые люди, здоровые физически, интеллектуально и морально, духовно

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Растровый электронный микроскоп В таком микроскопе тонкий луч электронов (диаметр пучка около 10 нм) обегает (как бы сканируя) образец по горизонтальным строчкам, точку за точкой, и синхронно передает сигнал на кинескоп. Весь процесс аналогичен работе телевизора в процессе развертки. Источником электронов служит металл (обычно вольфрам), из которого при нагревании в результате термоэлектронной эмиссии испускаются электроны. При прохождении электронов через образец одни из них рассеиваются из- за столкновений с ядрами атомов образца, другие – из-за столкновений с электронами атомов, а третьи проходят сквозь него.

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Сканирующий туннельный микроскоп Рабочим органом СТМ – зондом – служит токопроводящая металлическая игла. Зонд подводится к изучаемой поверхности на очень близкое расстояние (~0,5 нм) и при подаче на зонд постоянного напряжения между ними возникает туннельный ток, который экспоненциально зависит от расстояния между зондом и образцом. Это значит, что при увеличении расстояния лишь на 0,1 нм туннельный ток уменьшается почти в10 раз! Именно это и обеспечивает высокую разрешающую способность микроскопа, поскольку незначительные изменения по высоте рельефа поверхности вызывают существенное изменение туннельного тока.

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Сканирующий туннельный микроскоп

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Атомный силовой микроскоп В нем регистрируют изменения силы притяжения иглы к поверхности. Игла расположена на конце кантилевера, способного изгибаться под действием небольших межатомных сил, которые возникают между исследуемой поверхностью и кончиком острия. Зонд ощупывает поверхность образца практически в буквальном смысле слова. Мельчайшие отклонения кантилевера детектируются с помощью лазерного луча, отражающегося от его тыльной поверхности на фотодиод. По изменению показаний фотодиода судят о рельефе исследуемого объекта.

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Атомный силовой микроскоп Для регистрации сил взаимодействия зонда с поверхностью обычно используют метод, основанный на регистрации отклонения лазерного луча, отраженного от кончика зонда Луч направляется на самый кончик кантилевера, покрытый специальным алюминиевым зеркальным слоем, после чего попадает в специальный четырёхсекционный фотодиод Таким образом, малейшие отклонения кантилевера приводят к смещению луча лазера относительно секций фотодиода, что, в свою очередь, меняет сигнал с фотодиода, показывающего смещения кантилевера в ту или иную сторону. Такая система позволяет измерять отклонения луча на угол 0.1, что соответствует отклонению кантилевера всего на сотые доли нанометра!

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Атомный силовой микроскоп

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Компания НТ-МДТ Организована в 1989 году в г. Зеленограде - центре Российской микроэлектроники. В относительно короткий срок компания из небольшой группы энтузиастов превратилась в крупный концерн с мировым именем. Сегодня НТ-МДТ является безусловным лидером на российском рынке сканирующих зондовых микроскопов и хорошо известна по всему миру. В 2006 и 2009 гг. получила Международную награду "R&D 100"R&D 100 Award - одну из самых престижных международных наград в области технологических разработок, названную изданием «Сhicago Tribune» «Оскаром в сфере изобретений». ThinSi

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Фуллерены

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Фуллерены. Применения Фуллерен в качестве материала для полупроводниковой техники Фуллерен как фоторезист Фуллереновые добавки для роста алмазных плёнок методом CVD Сверхпроводящие соединения с С60 Влияние малых добавок фуллереновой сажи на антифрикционные и противоизносные свойства Фуллерены используются в качестве добавок для получения искусственных алмазов методом высокого давления Фуллерены используются для изготовления солнечных элементов

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Углеродные нанотрубки Сумио Иидзима, профессор университета Мэйдзё, первым в мире создал в 1991 году нанотрубки из углерода, диаметр которых составляет несколько тысячных долей диаметра человеческого волоса, а длина порядка 100 нанометров. Вот эти углеродные нанотрубки и стали первым реальным наноматериалом, на основе которого строятся сейчас различные вещи, предлагаемые на рынке новых товаров. Вид углеродной нанотрубки, увеличенный в раз. Молекула нанотрубки содержит более 1 миллиона атомов углерода и представляют собой трубку с диаметром около нанометра (то есть толщина такой трубки в тысяч раз тоньше человеческого волоса!).

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Рынок однослойных углеродных нанотрубок

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Нанотрубки

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Уникальные свойства нанотрубок Высокая проводимость, сравнимая с металлической Упругие свойства – модуль Юнга ~ 1ТПа, что в 5 раз больше, чем у стали Теплопроводность в 20 раз выше, чем у меди Возможность свободного относительного движения слоев многослойной трубки

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Углеродные нанотрубки. Применения Механические применения: сверхпрочные нити, композитные материалы Применения в микроэлектронике: транзисторы, нанопровода, прозрачные проводящие поверхности, топливные элементы Для создания соединений между биологическими нейронами и электронными устройствами в новейших нейрокомпьютерных разработках Капиллярные применения: капсулы для активных молекул, хранение металлов и газов, нанопипетки Оптические применения: дисплеи, светодиоды Медицина: борьба с раковыми клетками, обнаружение повреждений ДНК

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Bayer запускает крупнейшую установку по производству нанотрубок 29 января 2010 года компания Bayer Material Science (BMS) сообщила об открытии новой пилотной установки по производству углеродных нанотрубок в химическом парке Леверкузен Речь идет о многослойных нанотрубках, выпускаемых под маркой Baytubes® Компания инвестировала в новый проект около 22 млн. евро, мощность установки составляет 200 тонн/год. Продукция, а именно многослойные нанотрубки, будут выпускаться под ТМ Baytubes® Специалисты Bayer предрекают существенный рост рынка углеродных нанотрубок – более 25% в год, в связи с чем развитию этого направления уделяется серьезное внимание

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Два метода изготовления наноструктур Сверху – вниз (графены, литография…) Снизу – вверх (CVD, напыление атомов, самоорганизация…)

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Самосборка Чтобы материалы обладали высоким качеством, они должны быть хорошо структурированы на уровне атомов и молекул. Одним из нанотехнологических способов создания таких заданных структур является самосборка. Самосборка широко распространена в живой природе. Структура всех тканей определяется их самосборкой из клеток, структура самих клеток определяется самосборкой из отдельных молекул и т.д. Самосборка бывает как статической, так и динамической. В случае статической самосборки организующаяся система приближается к состоянию равновесия, уменьшая свою свободную энергию. В случае же динамической самосборки более корректным является использование термина "самоорганизация". Самоорганизация в классических терминах может быть описана как спонтанная и обратимая организация молекулярных единиц в упорядоченную структуру с помощью нековалентных взаимодействий. Спонтанность означает, что взаимодействия, ответственные за образование самособранной системы, проявляются в локальных масштабах, другими словами, наноструктура строит саму себя.

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Квантовые точки, проволоки и плоскости Квантовая плоскость – это многослойная твердотельная структура из тонких пленок различных веществ толщиной в один атом, сложенных одна на другую. Квантовые точки – это крохотные пирамидки в 50…100 атомов одного материала, размещенные на монокристалле другого материала. Размер одной квантовой точки составляет единицы…десятки нанометров. Электронный спектр идеальной квантовой точки соответствует электронному спектру одиночного атома. Именно по этой причине квантовые точки называют также искусственными атомами. Квантовые проволоки – это совокупность квантовых точек, нанесенных с помощью сканирующего микроскопа на кристаллическую подложку. Они позволяют изменять свойства кристаллов и создавать различные электропроводящие пути.

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Всего в мире более нанопатентов Более 50% из них принадлежат США IBM принадлежат более нанопатентов РФ принадлежат около 300 нанопатентов Патенты по нанотехнологиям (МПК Y01N)

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Двадцатый (?) наноюбилей 28 сентября 1989 года член научного общества IBM Дон Эйглер первым в истории человечества сдвинул одиночный атом. Этот эксперимент позволил совершить научный прорыв и положил начало нанотехнологиям в современном их понимании. Дата начала нанотехнологической революции до некоторой степени условна. Так, более эффектный эксперимент Эйглер провел 11 ноября того же года, выложив при помощи сканирующего туннельного микроскопа надпись "IBM", состоящую из 35 атомов ксенона. Стоит отметить, что формально историю нанотехнологий можно отсчитывать с 29 декабря 1959 года, когда на возможность манипулирования отдельными атомами и молекулами указал американский физик Ричард Фейнман. Если же углубляться еще больше в прошлое, то до некоторой степени и выплавка стали, и вулканизация резины являются примерами применения нанотехнологий. В середине сентября 2009 года ведущий производитель чипов – компания Intel начала производство процессоров, основанных на 32-нанометровой технологии. Это решение сопровождается огромными затратами, так как требует смены и модернизации оборудования. В случае Intel за возможность оперировать элементами размером в 32 нанометра придется заплатить семь миллиардов долларов. В конечном счете, чем меньше размеры, с которыми надо работать, тем это выгоднее. В случае микропроцессоров уменьшение размеров ведет к удешевлению производства и снижению энергопотребления. Несмотря на то, что прошло уже двадцать лет, и нанотехнологии можно встретить повсеместно, их развитие только начинается. Сейчас они используются для разработки новых лекарств и проведения химических экспериментов; создания новых материалов с улучшенными свойствами и экологически чистых энергетических систем; для утилизации аккумуляторов и очистки металлов от примесей.

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Спасибо за внимание И.Ахметзянов