تستضيف NITU "MISiS" سنويًا حدث "محاضرات عيد الميلاد" . في إطار هذا الحدث ، يلقي علماءنا البارزون محاضرة حول مجالات أبحاثهم وإنجازاتهم الرئيسية. في هذا العام ، افتتح عالمنا الرائد ، مدير مركز Nanotube التابع للمعهد الوطني لعلوم المواد ، Tsukuba ، أستاذ جامعة Tsukuba ، اليابان ، المدير العلمي لمختبر أبحاث المواد النانوية غير العضوية في NUST MISIS ، D.V. دورة محاضرة عيد الميلاد التقليدية . Golberg . لديه حاليًا أحد أعلى مؤشرات هيرش (80)تحدث في محاضرته عن تحليل خصائص المواد النانوية باستخدام المجهر الإلكتروني. من المهم أيضًا ملاحظة أنه في محاضرته D.V. عرض غولبرغ دراسة لا تحتوي على نظائرها في العالم ، يحتوي جزء من عرضه على مادة فريدة ، للأسف ، لم يتم التصريح بنشرها بعد. لجأنا إليه لكتابة أطروحة عن محاضرته في إطار دورتنا التقليدية من المنشورات في شكل رأي خبير. كما وافق على الإجابة على أسئلة القراء إن وجدت. بعد المحاضرة ، طار ديمتري فيكتوروفيتش إلى الولايات المتحدة وكتب مقالًا حرفيًا لنا من الطائرة. لسوء الحظ ، التنسيق ليس علمًا شائعًا ، وليس لدينا الحق في تحديد نطاق لكتابة ملاحظة لعالم ، حيث كان من المخطط أصلاً أن يكتب لنادي نقاش العلومحيث الجمهور المستهدف هم مهندسون من تخصصات متخصصة. ولكن ، نظرًا لأن عالمًا من هذا المستوى لا يكتب كثيرًا لمنشورات العلوم الشائعة ، فإننا ما زلنا نرغب في نشر هذه المواد على مدونة الشركة على GT. لا يمكن اعتبار هذا ملاحظة من سلسلة "أتركها هنا فقط" ، للمتخصصين ، ستبدو هذه المادة مثيرة ومثيرة للاهتمام حقًا.
التصوير الفوتوغرافي / خدمة برودسكايا ماريا الصحفية لـ NIS “MISiS” - محاضرة عيد الميلاد من قبل D.V. Golberg في NUST “MISiS”
| دميتري فيكتوروفيتش جولبيرج ،
أستاذ بجامعة تسوكوبا ، اليابان
المدير العلمي لمختبر الأبحاث "المواد النانوية غير العضوية" NUST "MISiS" |
إن فهم الخواص الميكانيكية والكهربائية والإلكترونيات الضوئية للمواد النانوية ، على وجه الخصوص ، على مستوى هيكلي معين ، أمر ذو أهمية رئيسية بسبب الاهتمام بدمجها في التقنيات الحديثة. ومع ذلك ، في الغالبية العظمى من الحالات ، يتم إجراء قياسات لهذه الخصائص باستخدام أدوات ليس لديها وصول مباشر إلى الهياكل الذرية للمواد النانوية ، وبلوراتها ، والتركيب الكيميائي المكاني المكاني. هذه الحقيقة تحد بشكل كبير من أهمية البيانات التي تم جمعها ، نظرًا لأن جميع الميزات الهيكلية المحددة للكائنات النانومترية قبل / أثناء / بعد الاختبار عادة ما تكون مخفية. في ضوء ما سبق ، لا يمكن أن تكون النتائج التي تم الحصول عليها مرتبطة مباشرة ببنية نانوية محددة ، وتشكلها الداخلي ، وعيوبها. في هذا الطريق،إن مجموعة كبيرة من البيانات ذات الطبيعة الميكانيكية والكهربائية والضوئية هي سمة مشتركة للمجموعات العلمية المختلفة ومنشوراتها. حتى الآن ، أدى هذا العيب إلى تعقيد عمل المهندسين والتقنيين العمليين إلى حد كبير وأدى إلى العديد من الشكوك بشأن إمكانات الإنتاج الحقيقية للمواد النانوية.في هذا المنشور ، سأوضح فوائد التقنيات التي تم تطويرها مؤخرًا داخل مجموعتنا في Tsukuba وتقنية الفحص المجهري الإلكتروني في الموقع المتقدم (TEM) لتحليل الخصائص الميكانيكية والكهربائية والبصرية الإلكترونية لمختلف الهياكل النانوية غير العضوية [1-3]. يمكن تحليل خرائط المرونة والمرونة والقوة والمقاومة الكهربائية والتوصيل وفرق درجة الحرارة والتيار الضوئي والجهد الضوئي والخلايا الكاثودية اللونية المكانية بواسطة مجهر إلكتروني عالي الدقة (PEMVR) باستخدام محولات كهربائية نانوية كهرضغطية و / أو ألياف بصرية موضوعة في حاملي TEM.يظهر المخطط العام للجهاز المستخدم في تجاربنا في الشكل 1. يمكن شحن عينة نانو موجودة مسبقًا أو ثنيها أو شدها ، وإضاءتها أيضًا بضوء بكثافة مختلفة أو أطوال موجية أو ترددات نبضية. كانت جميع أنواع الحاملين (الشركة المصنّعة Nanofactory Instruments AB ، السويد) متوافقة مع مجهر JEOL JEM-3100FEF PEMVR (مرشح أوميجا) بدقة مكانية 0.17 نانومتر. يحتوي المجهر الذي يعمل عند 300 كيلو فولت على كاشف تشتت الأشعة السينية (EDX) وإمكانية التحليل الطيفي لفقدان الطاقة الإلكترونية للتحليل الكيميائي مع الاستبانة المكانية وإنشاء خرائط العناصر للمواد النانوية المختبرة قبل / أثناء وبعد القياسات.يعد التحديد الدقيق لعينة النانو في حامليها الخطوة الأولى نحو تسجيل بيانات وخصائص موثوقة وقابلة للتكرار. يتم غمر سلك الذهب المسطح المقطوع حديثًا (250 ميكرون في القطر الأولي) أولاً في جزيئات المواد النانوية المطحونة إلى حالة المسحوق. ثم يتم تركيب سلك ذهبي مع مادة نانوية متصلة على حامل ثابت أو متحرك. وتجدر الإشارة إلى أن الأجسام النانوية تنجذب عادة إلى السلك الذهبي نتيجة الالتصاق المادي البسيط ؛ فقط في بعض الحالات ، تم استخدام عجينة الفضة لتحسين الاتصال الجسدي بين العينة والقطب الذهبي. يمكن أن يكون الحاملون من نوع STM-TEM ونوع AFM-TEM غير موصل أو موصل (الكابولي مصنوع من السيليكون المطلي بـ ~ 15 نانومتر Pt). أيضا ، يمكن توصيل الألياف الضوئية بمصادر الضوء الخارجية.باستخدام المجهر الضوئي ، تم تحقيق أصغر فجوة ممكنة بين العينات وأجهزة الاستشعار.
1. JEOL JEM-3100FEF ( ) TM , , , - .بعد ذلك ، باستخدام التلاعب بمحرك بيزو في PEMVR ، تم تعديل المواضع النسبية للسلك مع عينات المواد النانوية الموضوعة وطرف STM أو كابلات AFM أو الألياف الضوئية بدقة في الأبعاد الثلاثة X و Y و Z ، داخل طرف القطب في المجهر بدقة أكثر من 1 نانومتر أخيرًا ، يتم تحديد الارتفاعات النسبية لحاملي المطرافين بدقة باستخدام وظيفة التذبذب TEM. بعد ذلك ، يمكن تحقيق تلامس مادي وثيق بين جسم النانو المدروس وطرف ناتئ STM أو AFM. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن نقل الألياف الضوئية نحو العينة في أقرب وقت ممكن لتقليل تشتت الضوء داخل عمود TEM. بالنسبة لنظام STM-TEM STM ، يمكن شحن الطرف (أو عينة سلكية ، وفقًا لمخطط القطبية) حتى ± 140 فولت.يمكن إجراء قياس القوة بواسطة ناتئ AFM TEM باستخدام مستشعر MEMS الموجود في الجزء السفلي منه. قبل القياسات ، تم حساب ثوابت الكابولي وتم معايرة معاملات الجهد mV-LV لمستشعر MEMS باستخدام المسافة البادئة الأولية للسلك المعدني. تم استخدام الثنائيات الليزرية ذات الأطوال الموجية الثابتة ، على سبيل المثال 405 و 488 و 638 و 808 نانومتر ، أو مصدر ضوء قوي وواسع ينبعث منه ضوء متصل ومروحية مفردة للاختبارات الكهروضوئية والكهروضوئية.تم استخدام 488 و 638 و 808 نانومتر ، أو مصدر ضوء قوي وواسع ينبعث منه ضوء متصل ومروحية مفردة للاختبارات الكهروضوئية والكهروضوئية.تم استخدام 488 و 638 و 808 نانومتر ، أو مصدر ضوء قوي وواسع ينبعث منه ضوء متصل ومروحية مفردة للاختبارات الكهروضوئية والكهروضوئية.باستخدام الجهاز المعقد المذكور أعلاه ، تمكنا من القياس والتحليل لأول مرة لقوة الانحناء وقوة الشد ، ومعامل يونغ وصلابة الكسر لمختلف الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الطبقة ومتعددة الطبقات أحادية الجدار ، ونتريد البورون وأنابيب دايكالكوجينيد النانوية ، وأسلاك نانو البورون ، ونتريد الغاليوم ، وشبكات مختلفة ثنائية الأبعاد الجسيمات النانوية تشبه الجرافين. تم إيلاء اهتمام خاص لتوضيح الحركية المحددة للتشوه في مقياس النانو. تم الحصول على هذه النتائج الأولى مع الانحناء المباشر أو التوتر باستخدام جهاز AFM-TEM [1.4-7]. سمحت لنا زيادة درجة الحرارة عند نقطة معينة من المواد النانوية إلى ~ 2000 درجة مئوية أو أكثر عند تسخينها بالتيار الكهربائي في حامل STM-TEM بإلقاء الضوء على تدرجات درجة الحرارة الحالية ، المقاومة الحرارية ،ظواهر الانتشار و حركية البلورة / التبلور للمعادن النانوية في الفضاء النانوي [8،9]. تم تقشير الطبقات الذرية الفردية لثاني كلوريد (MoS2) إلى طبقة واحدة من بلورة واحدة في TEMP مع التحكم الكامل في الطاقة ، وتوزيع الإجهاد وحقول الضغط على مستوى التصور مع الدقة الذرية [10]. وبالتالي ، تحاكي العملية المفتوحة الفصل الميكانيكي الدقيق الأكثر شيوعًا لأوراق النانو من المواد الشبيهة بالجرافين وتوفر نصائح مهمة للتطوير العملي والفهم المادي وتحسين هذه الطريقة. والأهم من ذلك ، تم تحديد الكمية الرئيسية - الطاقة السطحية للطبقات الذرية لـ MoS2 - لتكون 0.11 نيوتن / م. وأخيرًا ، في ظل ظروف TEM ، فإن التجارب الكهروضوئية والكهروضوئية على الجسيمات النانوية لأكسيد التيتانيوم ، وأسلاك أكسيد الزنك ،تؤدي شرائط نانو كبريتيد الكادميوم ، وأوراق نانو كبريتيد الموليبدينوم ، والبنية النانوية غير المتجانسة المصنعة حديثًا ، إلى فهم واضح للتوقعات التكنولوجية الحقيقية لتصنيع الأجهزة الإلكترونية البصرية [11،12].سمحت الاختبارات الميكانيكية والإلكترونية الضوئية المطورة والمنفذة في HRTEM بإلقاء الضوء الإضافي على العلاقة الحقيقية بين هيكل وخصائص العديد من المواد النانوية المعقدة ، مثل الأنابيب النانوية غير العضوية المختلفة ، والأسلاك النانوية ، والأوراق النانوية ، والجسيمات النانوية ، وهي الكأس المقدسة لعلوم المواد.مصادر:[1] Golberg D. et al. Nano Lett. 7, 2146 (2007).
[2] Golberg D. et al. Adv. Mater. 19, 1937 (2007).
[3] Golberg D.et al.Adv. Mater. 24, 177 (2012).
[4] Wang M.S., Golberg D. et al. Adv. Mater. 22, 4071 (2010).
[5] Wei X.L., Wang M.S., Bando Y., Golberg D. Adv. Mater. 22, 4895 (2010).
[6] Tang D.M., Golberg D. et al. Nano Lett. 12, 1898 (2012).
[7] Wei X.L., Xiao S., Li F., Tang D.M., Chen Q., Bando Y., Golberg D. Nano Lett. 15, 689 (2015).
[8] Costa P.M.F.J., Gautam U.K., Bando Y., Golberg D. Nature Commun. 2, 4121 (2011).
[9] Tang D.M., Golberg D. et al. Nano Lett. (2015), submitted for publication.
[10] Tang D.M., Golberg D. et al. Nature Commun. 5, 3631 (2014).
[11] Zhang C., Golberg D. et al. Nanotechnology26, 154001 (2015).
[12] Zhang C., Xu Z., Golberg D. et al. Appl. Phys. Lett. 107, 051735 (2015).