🛌🏻 🎅 📅 विशेषज्ञ की राय: इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करके नैनोमैटेरियल्स के गुणों का विश्लेषण 💶 ⚾️ 👌🏽

एनआईटीयू "एमआईएसआईएस" सालाना "क्रिसमस व्याख्यान" की मेजबानी करता है । इस घटना के ढांचे में, हमारे प्रमुख वैज्ञानिक अपने शोध क्षेत्रों और प्रमुख उपलब्धियों पर व्याख्यान देते हैं। इस वर्ष, हमारे अग्रणी वैज्ञानिक, नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ मैटेरियल्स साइंस, नानक्यूब सेंटर के निदेशक, त्सुकुबा, जापान के त्सुकुबा विश्वविद्यालय के प्रोफेसर, एनयूएस एमआईएसआईएस के अकार्बनिक नैनोमैट्रीज रिसर्च लेबोरेटरी के वैज्ञानिक निदेशक ने पारंपरिक क्रिसमस व्याख्यान चक्र खोला । गोलबर्ग । वर्तमान में उनके पास उच्चतम हिर्श सूचकांकों में से एक है (80)

अपने व्याख्यान में, उन्होंने इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करके नैनोमैटेरियल्स के गुणों के विश्लेषण के बारे में बात की। यह भी ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि उनके व्याख्यान में डी.वी. गोलबर्ग ने एक अध्ययन का प्रदर्शन किया जिसमें दुनिया में कोई एनालॉग नहीं है, उनकी प्रस्तुति के हिस्से में अद्वितीय सामग्री है, जो दुर्भाग्य से, अभी तक प्रकाशन के लिए अधिकृत नहीं है। हमने विशेषज्ञ राय के रूप में प्रकाशनों के हमारे पारंपरिक चक्र के ढांचे के भीतर उनके व्याख्यान के बारे में थीसिस लिखने के लिए उनकी ओर रुख किया। उन्होंने पाठकों के सवालों का जवाब देने के लिए भी सहमति दी, यदि कोई हो। व्याख्यान के बाद, दिमित्री विक्टरोविच ने संयुक्त राज्य अमेरिका के लिए उड़ान भरी और विमान से हमारे लिए एक लेख लिखा। प्रारूप, दुर्भाग्य से, लोकप्रिय विज्ञान नहीं है, और हमें किसी वैज्ञानिक के लिए एक नोट लिखने की गुंजाइश निर्धारित करने का कोई अधिकार नहीं है, क्योंकि यह मूल रूप से योजनाबद्ध था कि वह हमारे चर्चा विज्ञान क्लब के लिए लिखेंगे।, जहां लक्षित दर्शक विशिष्ट विशेषताओं के इंजीनियर हैं। लेकिन, चूंकि इस स्तर का एक वैज्ञानिक लोकप्रिय विज्ञान प्रकाशनों के लिए इतनी बार नहीं लिखता है, इसलिए हम जीटी पर अपने कॉर्पोरेट ब्लॉग पर इस सामग्री को प्रकाशित करना चाहेंगे। यह श्रृंखला से एक नोट नहीं माना जा सकता है "मैं इसे यहां छोड़ देता हूं", विशेषज्ञों के लिए, यह सामग्री वास्तव में बहुत रोमांचक और दिलचस्प प्रतीत होगी।

NUST "MISiS" की फोटोग्राफी / ब्रोड्सकाया मारिया प्रेस सेवा - NUST "MISiS" में D.V. गोलबर्ग द्वारा क्रिसमस व्याख्यान।

दिमित्री विक्टरोविच गोलबर्ग,
प्रोफेसर, त्सुकुबा विश्वविद्यालय,
अनुसंधान प्रयोगशाला के वैज्ञानिक वैज्ञानिक "अकार्बनिक नैनोमेट्रीस" NUST "MISiS"

विशेष रूप से एक विशेष संरचनात्मक स्तर पर, नैनोमटेरियल्स के यांत्रिक, विद्युत और ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक गुणों को समझना, उन्हें आधुनिक प्रौद्योगिकियों में एकीकृत करने में रुचि के कारण महत्वपूर्ण है। फिर भी, अधिकांश मामलों में, ऐसे गुणों का मापन ऐसे उपकरणों का उपयोग करके किया जाता है, जिनकी नैनोमटेरियल्स की परमाणु संरचनाओं, उनके क्रिस्टलोग्राफी और स्थानिक रूप से हल की गई रासायनिक संरचना तक सीधी पहुंच नहीं है। यह तथ्य एकत्र किए गए डेटा की प्रासंगिकता को महत्वपूर्ण रूप से सीमित करता है, क्योंकि परीक्षण से पहले / दौरान / बाद में नैनोमीटर की सभी विशिष्ट संरचनात्मक विशेषताएं आमतौर पर छिपी होती हैं। पूर्वगामी को देखते हुए, प्राप्त परिणाम सीधे एक विशिष्ट नैनोस्ट्रक्चर, इसकी आंतरिक आकृति विज्ञान और दोषों से संबंधित नहीं हो सकते हैं। इस तरह,एक यांत्रिक, विद्युत और ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक प्रकृति के डेटा का एक बड़ा बिखराव विभिन्न वैज्ञानिक समूहों और उनके प्रकाशनों की एक सामान्य विशेषता है। अब तक, इस कमी ने व्यावहारिक इंजीनियरों और प्रौद्योगिकीविदों के काम को बहुत जटिल कर दिया है और नैनोमैटिरियल्स की वास्तविक उत्पादन क्षमता के बारे में कई अनिश्चितताओं को जन्म दिया है।

इस प्रकाशन में, मैं त्सुकुबा में हमारे समूह के भीतर हाल ही में विकसित किए गए लाभों का प्रदर्शन करूंगा और विभिन्न अकार्बनिक नैनोकॉस्ट्रक्चर [1-3] के मैकेनिकल, इलेक्ट्रिकल और ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक गुणों के विश्लेषण के लिए सीटू ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (टीईएम) तकनीक में उन्नत होगा। लोच, लचीलापन, शक्ति, विद्युत प्रतिरोध, चालकता, तापमान में अंतर, फोटोक्रॉटल, फोटोवोल्टेज और स्थानिक रूप से हल किए गए कैथोडोल्यूमिनेशन मैप्स का विश्लेषण उच्च रिज़ॉल्यूशन ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (PEMVR) द्वारा किया जा सकता है, जो पीज़ोइलेक्ट्रिक नियंत्रित नैनोमेनिपुलेटर और / या ऑप्टिकल फाइबर TEM धारकों में उपयोग किया जाता है।

हमारे प्रयोगों में प्रयुक्त डिवाइस की सामान्य योजना चित्र 1 में दिखाई गई है। एक पूर्व स्थित नैनो-नमूना को विभिन्न तीव्रता, तरंग दैर्ध्य, या नाड़ी आवृत्तियों के प्रकाश के साथ चार्ज किया जा सकता है, मुड़ा हुआ या फैलाया जा सकता है। सभी प्रकार के धारक (निर्माता नैनोफैक्ट्री इंस्ट्रूमेंट्स एबी, स्वीडन) 0.17 एनएम के स्थानिक रिज़ॉल्यूशन के साथ JEOL JEM-3100FEF PEMVR माइक्रोस्कोप (ओमेगा फ़िल्टर) के साथ संगत थे। 300 kV पर संचालित माइक्रोस्कोप में एक एक्स-रे फैलाव डिटेक्टर (EDX) और स्थानिक संकल्प के साथ रासायनिक विश्लेषण के लिए इलेक्ट्रॉन ऊर्जा हानि स्पेक्ट्रोस्कोपी की संभावना है और माप से पहले और उसके दौरान / बाद में परीक्षण किए गए नैनोमैटेरियल्स के तत्व मानचित्रों का निर्माण।

धारकों में नैनो-नमूना का सटीक स्थान डेटा और गुणों की विश्वसनीय और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य रिकॉर्डिंग की दिशा में पहला कदम है। हौसले से कटे हुए फ्लैट सोने के तार (प्रारंभिक व्यास में 250 माइक्रोन) को पहले एक पाउडर अवस्था में नैनोमीटर के कणों के मैदान में डुबोया जाता है। फिर संलग्न नैनोमीटर के साथ एक सोने का तार एक निश्चित या चल धारक पर लगाया जाता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि नैनो-ऑब्जेक्ट्स साधारण शारीरिक आसंजन के परिणामस्वरूप आमतौर पर सोने के तार से आकर्षित होते हैं; केवल कुछ मामलों में नमूना और सोने के इलेक्ट्रोड के बीच शारीरिक संपर्क में सुधार के लिए चांदी के पेस्ट का उपयोग किया गया था। धारक एसटीएम-टीईएम प्रकार और गैर-प्रवाहकीय या प्रवाहकीय एएफएम-टीईएम प्रकार हो सकते हैं (~ 15 एनएम पं। के साथ सिलिकॉन से बने कैंटिलीवर)। इसके अलावा, ऑप्टिकल फाइबर बाहरी प्रकाश स्रोतों से जुड़े हो सकते हैं।एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप का उपयोग करते हुए, नमूनों और सेंसर के बीच सबसे छोटा संभव अंतर हासिल किया गया था।

1. JEOL JEM-3100FEF ( ) TM , , , - .

फिर, PEMVR में पीज़ो-मोटर जोड़तोड़ का उपयोग करते हुए, रखा गया नैनोमैट्री नमूनों और एसटीएम टिप, या एएफएम ब्रैकटाइलर्स, या ऑप्टिकल फाइबर के साथ तार के सापेक्ष स्थिति को तीन आयामों एक्स, वाई और जेड में ठीक से समायोजित किया गया था, माइक्रोस्कोप के पोल टिप के अंदर 1 से अधिक की सटीकता के साथ। एनएम अंत में, दो टर्मिनल धारकों की सापेक्ष ऊँचाई ठीक TEM दोलन फ़ंक्शन का उपयोग करके तय की गई है। इसके बाद, अध्ययन किए गए नैनोब्जेक्ट और एसटीएम या एएफएम ब्रैकट के सिरे के बीच घनिष्ठ शारीरिक संपर्क प्राप्त किया जा सकता है। इसके अलावा, ऑप्टिकल फाइबर को नमूने की ओर ले जाया जा सकता है, जितना संभव हो सके टीईएम कॉलम के अंदर प्रकाश बिखरने को कम करने के लिए। एसटीएम-टीईएम एसटीएम प्रणाली के लिए, टिप (या एक तार का नमूना, ध्रुवीयता योजना के आधार पर) को up 140 V तक चार्ज किया जा सकता है।AFM TEM ब्रैकट द्वारा बल माप अपने निचले हिस्से में स्थित MEMS सेंसर का उपयोग करके किया जा सकता है। माप से पहले, ब्रैकट स्थिरांक की गणना की गई थी और एमईएमएस सेंसर के एमवी-एलवी वोल्टेज गुणांक को धातु के तार के प्रारंभिक इंडेंटेशन का उपयोग करके कैलिब्रेट किया गया था। निश्चित तरंग दैर्ध्य के साथ लेजर डायोड, उदाहरण के लिए 405, 488, 638, और 808 एनएम, या एक मोनोक्रोमेटर और हेलिकॉप्टर से जुड़े एक उज्ज्वल विस्तृत शक्तिशाली उत्सर्जक प्रकाश स्रोत का उपयोग ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक और फोटोमेट्रिक परीक्षणों के लिए किया गया था।488, 638, और 808 एनएम, या एक मोनोक्रोमेटर और हेलिकॉप्टर से जुड़े एक उज्ज्वल विस्तृत शक्तिशाली उत्सर्जक प्रकाश स्रोत का उपयोग ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक और फोटोइलेक्ट्रिक परीक्षणों के लिए किया गया था।488, 638, और 808 एनएम, या एक मोनोक्रोमेटर और हेलिकॉप्टर से जुड़े एक उज्ज्वल विस्तृत शक्तिशाली उत्सर्जक प्रकाश स्रोत का उपयोग ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक और फोटोइलेक्ट्रिक परीक्षणों के लिए किया गया था।

ऊपर दिए गए जटिल उपकरण का उपयोग करते हुए, हम पहली बार झुकने की ताकत और तन्य शक्ति, यंग के मापांक और विभिन्न 1D मल्टीलेयर और एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब, बोरॉन नाइट्राइड और डाइक्लोजेनाइड नैनोट्यूब, सिलिकॉन नैनोवायर, बोरान और गैलियम नाइट्राइड, और विभिन्न नैनोथियोमीटर का विश्लेषण करने में सक्षम थे। ग्रेफीन की तरह नैनोस्ट्रक्चर। नैनोस्केल में विरूपण के विशिष्ट कैनेटीक्स को चित्रित करने के लिए विशेष रूप से ध्यान दिया गया था। ये पहले परिणाम AFM-TEM तंत्र [1.4–7] का उपयोग करते हुए सीधे झुकने या तनाव के साथ प्राप्त किए गए थे। एसटीएम-टीईएम धारक में विद्युत प्रवाह से गर्म होने पर ~ 2000 ° C या उससे अधिक के नैनोमैटिरियल्स के तापमान में वृद्धि से हमें मौजूदा तापमान प्रवणता, थर्मल प्रतिरोध, पर प्रकाश डालने की अनुमति मिलती है,इंट्रा-डिफ्यूजन घटनाएं और नैनोस्पेस में नैनोस्केल धातुओं के अनाकारकरण / क्रिस्टलीकरण के काइनेटिक्स [8,9]। एकल क्रिस्टल से एक परत के लिए डाइक्लोजेनाइड (MoS2) के व्यक्तिगत परमाणु परतों को छीलना TEMP में ऊर्जा के पूर्ण नियंत्रण, तनाव के वितरण और परमाणु संकल्प के साथ दृश्य स्तर पर तनाव क्षेत्रों के साथ किया गया था। इस प्रकार, खुली प्रक्रिया ग्रेफीन जैसी सामग्री से नैनोसेलेट्स के सबसे लोकप्रिय माइक्रोमैकेनिकल पृथक्करण का अनुकरण करती है और इस पद्धति के व्यावहारिक विकास, भौतिक समझ और अनुकूलन के लिए महत्वपूर्ण सुझाव प्रदान करती है। सबसे महत्वपूर्ण बात, मुख्य मात्रा - MoS2 की परमाणु परतों की सतह ऊर्जा - को 0.11 N / m के रूप में परिभाषित किया गया था। अंत में, TEM शर्तों के तहत, टाइटेनियम ऑक्साइड नैनोकणों, जिंक ऑक्साइड नैनोवायरस पर ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक और फोटोइलेक्ट्रिक प्रयोगों,कैडमियम सल्फाइड नैनोरिबन्स, मोलिब्डेनम सल्फाइड नैनोसिहेट्स और नव-गढ़े हुए हेटेरो-नैनॉस्ट्रक्टर्स ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरणों के निर्माण के लिए वास्तविक तकनीकी संभावनाओं की स्पष्ट समझ का नेतृत्व करते हैं [11,12]।

HRTEM में विकसित और प्रदर्शन किए गए मैकेनिकल और ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक परीक्षणों ने कई जटिल नैनोमटेरियल्स, जैसे कि विभिन्न अकार्बनिक नैनोट्यूब, नैनोवायर, नैनोसैर्ट और नैनोपार्टिकल्स, जो कि भौतिक विज्ञान का पवित्र कंघी है, की संरचना और गुणों के बीच वास्तविक संबंधों पर अतिरिक्त प्रकाश डालने की अनुमति दी है।

सूत्रों का कहना है:

[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).

विशेषज्ञ की राय: इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करके नैनोमैटेरियल्स के गुणों का विश्लेषण

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