Nanometrologie

Nanometrologie ( angl.  nanometrology ) je obor metrologie zahrnující vývoj teorie, metod a nástrojů pro měření parametrů objektů , jejichž lineární rozměry jsou v nanorozsahu , tedy od 1 do 100 nanometrů .

Obsah nanometrologie

Nanometrologie zahrnuje teoretické a praktické aspekty metrologického zajištění jednotnosti měření v nanotechnologiích , včetně: etalonů fyzikálních veličin a referenčních nastavení, standardních referenčních vzorků; standardizované metody měření fyzikálních a chemických parametrů a vlastností nanotechnologických objektů, jakož i metody kalibrace samotných měřicích přístrojů používaných v nanotechnologiích; metrologická podpora technologických procesů výroby materiálů, konstrukcí, předmětů a dalších produktů nanotechnologie.

Vlastnosti nanoobjektů

Nanoobjekty mají řadu znaků, které určují jak význam nanotechnologií, tak i izolaci nanometrologie jako samostatného úseku metrologie. Tyto vlastnosti souvisí s velikostí nanoobjektů a zahrnují:

• Zásadní nemožnost uvažovat jednotlivé nanoobjekty klasickými optickými metodami;
• Vznik účinků kvantové fyziky , včetně tunelového efektu ;
• Interakce s molekulárními systémy včetně van der Waalsových sil , vodíkových vazeb ;
• Interakce s biologickými systémy, včetně proteinů , RNA , DNA ;
• Vyvinutý povrch (vysoký podíl připovrchové vrstvy na celkovém objemu nanoobjektu) atd.

Vzhledem ke zvláštnostem nanoobjektů na ně nejsou použitelné některé klasické metody měření, například založené na vizuálním kontaktu s objektem. Navíc měření unikátních vlastností nanoobjektů je možné pouze na základě metod, které umožňují tyto unikátní vlastnosti zohlednit.

Kalibrace

Při kalibraci v nanometrovém měřítku je nutné vzít v úvahu vliv takových faktorů, jako jsou: vibrace , hluk , posuny způsobené tepelným driftem a tečením , nelineární chování a hystereze piezoskeneru , [1] a také interakce mezi povrchem a zařízením vedoucí k významným chybám.

Metody a zařízení nanometrologie

• Rastrovací elektronový mikroskop , SEM ( Scanning Electron Microscope, SEM )  - pseudo-trojrozměrná vizualizace povrchu, lineární rozměry, mapování povrchu a objektů na něm složením , strukturou, luminiscenčními vlastnostmi s rozlišením řádově 1- 10 nm.
• Transmisní elektronový mikroskop , TEM ( Eng.  Transmission Electron Microscope , TEM ) - struktura nanoobjektů v přenosu (elektronový svazek) a jejich fázové složení se subatomárním rozlišením.
• Atomic Force Microscope , AFM ( anglicky  Atomic-Force Microscope, AFM ) - povrchový reliéf s rozlišením až atomární, mapování povrchu pomocí elektromagnetických vlastností.
• Rastrovací tunelový mikroskop , STM ( Eng.  Scanning Tunneling Microscope, STM ) - reliéf vodivého povrchu s atomárním rozlišením.
• Autoiontový a autoelektronický projektor ( ang.  Field Ion Microscope, Field Emission Microscope ) - snímek povrchu vodivých pevných látek ve tvaru ostré jehly s atomárním rozlišením.
• Dynamic Light Scattering, DLS ( angl.  Dynamic Light Scattering, DLS ) - charakterizace hydrodynamického průměru částic a jejich koncentrace v transparentních (nekoncentrovaných) suspenzích , nejlépe mono- a bidisperzních, v rozmezí velikosti od zlomků nanometru do několik mikrometrů. Stanovení zeta potenciálu částic.
• Akustická spektroskopie , AS ( ang.  Acoustic Spectroscopy, AS ) - charakterizace průměru částic v rozsahu od zlomku nanometrů do mikrometrů a jejich koncentrace z hlediska jejich chování v suspenzi při působení tlakového gradientu ultrazvukových vln, stanovení zeta potenciálu částic. Vhodné pro koncentrované neprůhledné suspenze. Charakterizace porézních materiálů .
• Prášková rentgenová difrakce ( angl.  Powder difraction ) - stanovení fázového složení prášku, charakterizace jeho textury a velikosti krystalitů každé z fází .
• Ellipsometrie ( angl.  Ellipsometry ) - stanovení tloušťky tenkých vrstev vč. nanometr.
• Metoda BET , metoda BJH ( anglicky  BET theory, BJH ) - stanovení měrného povrchu látky v plynném prostředí vč. nanoobjekty s vyvinutým povrchem a porézními materiály.
• NMR spektroskopie ( angl.  NMR spectroscopy ) - chemické složení látek vč. zohledňující podíl hmoty na fázovém rozhraní.
• Skenování pohyblivosti částic ( SMPS ) je  charakterizace velikostní distribuce nano- a mikročástic v plynném prostředí z hlediska mobility nabitých částic.
• Absorpční rentgenová spektroskopie ( angl.  X-ray absorpční spektroskopie )
• Malý úhel rentgenového  rozptylu _
• Kapacitní spektroskopie _ _  _
• Polarizační spektroskopie _ _  _
• Augerova spektroskopie ( angl.  Auger Electron Spectroscopy )
• Ramanova spektroskopie ( Eng.  Raman Spectroscopy )
• Malý úhel  rozptylu neutronů _
• Cyklická voltametrie _ _  _
• Lineární rozmítací voltametrie  _ _
• Mössbauerova spektroskopie _ _  _
• Infračervená spektroskopie ( ang.  Fourier Transform Infrared Spectroscopy )
• Fotoluminiscenční spektroskopie _ _  _
• Elektroluminiscenční spektroskopie _ _  _ _
• Diferenční skenovací kalorimetrie _ _ 
• Hmotnostní  spektrometrie sekundárních iontů _
• Katodoluminiscenční spektroskopie _ _  _
• Spektroskopie ztráty  energie elektronů _
• Energeticky disperzní rentgenová  spektroskopie _
• ( ang.  čtyřbodová sonda a IV technika )
• Rentgenová fotoelektronová spektroskopie  _ _
• Optická mikroskopie blízkého pole  _
• Spektroskopie jednotlivých molekul ( ang.  Single-molecule Spectroscopy )
• Neutronová difrakce _ _  _
• Diferenciální interferenční kontrastní mikroskop ( anglicky  Interference Microscopy )
• laserová interferometrie _ _  _

Jednota měření

Dosažení jednotnosti měření na makroměřítku je celkem jednoduchý úkol, ke kterému se používají: délkové úsečky, laserové interferometry, kalibrační kroky, pravítka atd. V nanometrovém měřítku je vhodné použít krystalovou mřížku a. vysoce orientovaný pyrolytický grafit ( HOPG ), slída nebo křemík . [2] [3]

Odkazy

Při psaní tohoto článku byl použit materiál z článku distribuovaného pod licencí Creative Commons BY-SA 3.0 Unported :
Ivanov Viktor Vladimirovich . Nanometrologie // Slovník nanotechnologických pojmů .

• Neviditelná hranice: kde se střetávají „nano“ a „bio“.
• Jen o komplikované: nanometr je obecně kolik?

Poznámky

1. ↑ R. V. Lapshin. Rysově orientovaná skenovací metodologie pro sondovou mikroskopii a nanotechnologie  //  Nanotechnology : časopis. - UK: IOP, 2004. - Sv. 15 , č. 9 . - S. 1135-1151 . — ISSN 0957-4484 . - doi : 10.1088/0957-4484/15/9/006 . ( Ruský překlad Archivováno 14. prosince 2018 na Wayback Machine je k dispozici).
2. ↑ R. V. Lapshin. Automatická boční kalibrace skenerů tunelového mikroskopu  //  Review of Scientific Instruments : deník. - USA: AIP, 1998. - Sv. 69 , č. 9 . - str. 3268-3276 . — ISSN 0034-6748 . - doi : 10.1063/1.1149091 .
3. ↑ R. V. Lapshin. Distribuovaná kalibrace skeneru mikroskopické sondy v rozsahu nanometrů necitlivá na drift: Real mode  //  Applied Surface Science: journal. — Nizozemsko: Elsevier BV, 2019. — Sv. 470 . - S. 1122-1129 . — ISSN 0169-4332 . - doi : 10.1016/j.apsusc.2018.10.149 .