eng
Выпуск #6/2012
В.Матвеев
Метрология и стандартизация в нанотехнологиях и наноиндустрии
Метрология и стандартизация в нанотехнологиях и наноиндустрии
Просмотры: 3218
В статье приведена информация о прошедшей в Черноголовке 5-й школе по метрологии и стандартизации в наноиндустрии. В докладах показано состояние и развитие нанотехнологий в науке и технике, основным критерием которых стало повышение точности измерений на наноуровне. Приводятся сведения о современных приборах для измерительного контроля при проведении нанотехнологических операций.
Теги: accuracy on a nanolevel measurements metrological school nanometrology the nanoparticles sizes, properties измерения метрологическая школа нанометрология размеры наночастиц свойства точность на наноуровне
Цель школы – создание площадки для обсуждения актуальных проблем наноиндустрии, повышения квалификации в области метрологического обеспечения производств, испытаний и стандартизации продукции специалистами компаний, регулирующих органов, испытательных центров и лабораторий. Тематика школы: российская и международная практика в метрологии и стандартизации продукции наноиндустрии; прикладная метрология; характеризация перспективных наноматериалов и наноструктур.
В Программный комитет школы вошли руководители и ученые организаций, курирующих метрологическое направление наноиндустрии и ее практическую реализацию. Программа 5-й школы на сайте http://rusnano-mc.com/Section.aspx/Show/28566.
В работе школы приняли участие более 230 специалистов, представлявших 59 организаций из 10 стран: Беларуси, Бельгии, Великобритании, Китая, России, США, Франции, Швейцарии, Швеции, Японии. Было заслушано 125 выступлений, в том числе 45 лекций, 48 устных и 32 стендовых доклада. Много внимания уделялось вопросам и ответам по докладам, а также дискуссиям в конце каждого рабочего дня.
На мероприятии был представлен ряд коллективных, в том числе международных лекций и докладов. В качестве примера можно назвать лекцию профессора А.Цаленчука (Великобритания) "Графен и новые горизонты метрологии". Соавторы: С.Кубаткин и Р.Якимова (Швеция), С.Копылов (Великобритания), Н.Флетчер (Франция). Суть лекции: графен – перспективный материал, который всесторонне исследуется микроскопическими, спектроскопическими и зондовыми методами. Он обладает идеальными для метрологии свойствами, сравнительно легко получается, обрабатывается и применяется, что позволит в будущем оснастить первичными квантовыми стандартами (например, сопротивления) специализированные метрологические центры, заводские, исследовательские и учебные лаборатории.
Коллективный доклад "Определение параметров атомной и электронной структуры наноматериалов: micro-XANES и EELS" представил зав. кафедрой физики наносистем и спектроскопии Южного федерального университета, профессор А.Солдатов (Ростов-на-Дону) в соавторстве с учеными из Франции, Швейцарии и Бельгии. Особое внимание было уделено новому методу определения параметров атомной структуры наноструктурированных материалов, позволяющему находить с высокой точностью (до 0,002 нм) межатомные расстояния и угловое распределение атомов в них.
Изучение нанотехнологических процессов и наноматериалов требует специальной аппаратуры. С лекцией на тему "Технологические комплексы для наноэлектроники и их метрологическое обеспечение" выступил генеральный директор Научно-производственной группы предприятий ЗАО "Нанотехнология МДТ", профессор В. Быков (Зеленоград). Он отметил, что отличительной особенностью нанотехнологических модулей НТ-МДТ является возможность их использования не только для исследования технологических процессов, но и для создания нанотехнологических функциональных элементов, причем при их разработке была решена задача прецизионного репозиционирования при переносе образца из одного модуля в другой. Требования к точности реализации элементов квазипланарных или трехмерных функциональных структур могут составлять от десятков до долей нанометров. Было подчеркнуто, что разработанные модули позволяют выполнять операции на необходимом метрологическом уровне.
С позиций нанометрологии, как ключевого звена инфраструктуры нанотехнологий, выступил профессор В. Гавриленко (Москва). Он подчеркнул, что специфика нанотехнологий привела к зарождению и быстрому развитию направления нанометрологии, с которой связаны теоретические и практические аспекты соответствующих измерений, включая эталоны единиц величин, стандартные образцы состава, структуры, размера, свойств, направленные на обеспечение оборудования необходимым набором средств для воспроизведения нужной шкалы.
С нанометрологией тесно связана стандартизация, первоочередные задачи которой заключаются в нормативном обеспечении методик измерений, стандартных образцов и мер, а также безопасности при их воздействии на окружающую среду. Работы в этом направлении проводятся, и уже имеются положительные результаты.
В большинстве докладов обсуждались вопросы реализации нанотехнологий в электронике, медицине, химии, биологии и в других областях науки и техники. Речь, в частности, шла о высокоточных измерениях при исследованиях и производстве нанопродукции и, прежде всего, об определении размеров формируемых структур. Так, в докладе зав. отделом электронной кристаллографии Института кристаллографии РАН д. ф.-м. н. А. Авилова рассматривались результаты измерений размеров наночастиц и тонких пленок с метрологическим обеспечением их методом малоугловой рентгеновской дифрактометрии – одного из основных при определении размерных параметров в нано- и субнанометровом диапазонах. Достоверность измерений обеспечивается стандартными образцами и методиками калибровки малоугловых рентгеновских дифрактометров.
Интерес вызвал доклад директора ООО "Системы для микроскопии и анализа" В.Шкловера (Москва) "Трехмерная характеризация субмикронных биологических и биогенных структур". В нем сообщалось об объемной электронной микроскопии – перспективном методе исследований и характеризации мягких объектов. Получаемая структурная информация позволяет визуализировать на субмикронном уровне, вплоть до наноструктур, сложную микроанатомию тканей в функционально значимых объемах образца. Трехмерная характеризация поверхностей на границах раздела мягкое вещество–твердое тело, жидкость и газ дает возможность получать информацию о пространственном взаиморасположении структур, необходимую для понимания функциональных особенностей и механизмов газообмена, секреции, перистальтики.
Докладчики отмечали, что совершенствуются подходы при создании стандартных образцов для анализа и испытаний наноматериалов. Так, профессор МИСиС Е.Левашов рассказал о синтезе на основе наноструктурированных покрытий, полученных методом магнетронного осаждения, образцов для механических и трибологических испытаний. Для биомедицинских и твердых износостойких покрытий с размером зерна менее 20 нм, осажденных на металлические и неметаллические подложки, в определенном интервале нагрузок модуль упругости при наноиндентировании и коэффициент трения при скольжении практически не зависят от материала подложки.
В докладе К.Алексеенко (Томский государственный университет) акцент был сделан на разработке стандартных образцов для калибровки средств измерений и оценки показателей точности количественного состава нанопродукции.
Следует упомянуть, что уже в 2011 году в Москве открылся учебно-научный центр "Международная школа микроскопии". Этот проект – результат сотрудничества МИСиС и поставщика оборудования для световой и электронной микроскопии компании Tokyo Boeki. В частности, в центре имеется учебный класс на 12 рабочих мест с доступом к оборудованию в режиме реального времени, а также просвечивающий электронный микроскоп JEOL JEM-1400. Участники школы в последний день ее работы во время экскурсионной поездки имели возможность ознакомиться с деятельностью этого центра.
В небольшой выставке, развернутой во время работы школы, участвовало пять компаний: Институт проблем химической физики РАН, ЗАО "НИЕНШАНЦ", НТ-МДТ, ТермоТехно ( все Россия) и Tokyo Boeki Group (Япония). Выставка носила плакатный характер, однако у специалистов представленных организаций можно было получить сведения о номенклатуре, параметрах и возможностях предлагаемой для наноиндустрии аппаратуры. В частности, была представлена универсальная серия приборов для изучения субмикронных частиц, порошков, суспензий, эмульсий, коллоидных растворов и пористых материалов: микро- и нанотомографы, нанотвердомеры и скретч-тестеры, атомно-силовые и ближнепольные оптические микроскопы.
На торжественном заседании, посвященном завершению работы школы, проводилось награждение победителей конкурса докладов молодых ученых. В целом, как отмечают специалисты, школой достигнуты положительные и очевидные результаты. Они непременно дадут импульс развитию российской наноиндустрии и международной кооперации в этой сфере. ▪
В Программный комитет школы вошли руководители и ученые организаций, курирующих метрологическое направление наноиндустрии и ее практическую реализацию. Программа 5-й школы на сайте http://rusnano-mc.com/Section.aspx/Show/28566.
В работе школы приняли участие более 230 специалистов, представлявших 59 организаций из 10 стран: Беларуси, Бельгии, Великобритании, Китая, России, США, Франции, Швейцарии, Швеции, Японии. Было заслушано 125 выступлений, в том числе 45 лекций, 48 устных и 32 стендовых доклада. Много внимания уделялось вопросам и ответам по докладам, а также дискуссиям в конце каждого рабочего дня.
На мероприятии был представлен ряд коллективных, в том числе международных лекций и докладов. В качестве примера можно назвать лекцию профессора А.Цаленчука (Великобритания) "Графен и новые горизонты метрологии". Соавторы: С.Кубаткин и Р.Якимова (Швеция), С.Копылов (Великобритания), Н.Флетчер (Франция). Суть лекции: графен – перспективный материал, который всесторонне исследуется микроскопическими, спектроскопическими и зондовыми методами. Он обладает идеальными для метрологии свойствами, сравнительно легко получается, обрабатывается и применяется, что позволит в будущем оснастить первичными квантовыми стандартами (например, сопротивления) специализированные метрологические центры, заводские, исследовательские и учебные лаборатории.
Коллективный доклад "Определение параметров атомной и электронной структуры наноматериалов: micro-XANES и EELS" представил зав. кафедрой физики наносистем и спектроскопии Южного федерального университета, профессор А.Солдатов (Ростов-на-Дону) в соавторстве с учеными из Франции, Швейцарии и Бельгии. Особое внимание было уделено новому методу определения параметров атомной структуры наноструктурированных материалов, позволяющему находить с высокой точностью (до 0,002 нм) межатомные расстояния и угловое распределение атомов в них.
Изучение нанотехнологических процессов и наноматериалов требует специальной аппаратуры. С лекцией на тему "Технологические комплексы для наноэлектроники и их метрологическое обеспечение" выступил генеральный директор Научно-производственной группы предприятий ЗАО "Нанотехнология МДТ", профессор В. Быков (Зеленоград). Он отметил, что отличительной особенностью нанотехнологических модулей НТ-МДТ является возможность их использования не только для исследования технологических процессов, но и для создания нанотехнологических функциональных элементов, причем при их разработке была решена задача прецизионного репозиционирования при переносе образца из одного модуля в другой. Требования к точности реализации элементов квазипланарных или трехмерных функциональных структур могут составлять от десятков до долей нанометров. Было подчеркнуто, что разработанные модули позволяют выполнять операции на необходимом метрологическом уровне.
С позиций нанометрологии, как ключевого звена инфраструктуры нанотехнологий, выступил профессор В. Гавриленко (Москва). Он подчеркнул, что специфика нанотехнологий привела к зарождению и быстрому развитию направления нанометрологии, с которой связаны теоретические и практические аспекты соответствующих измерений, включая эталоны единиц величин, стандартные образцы состава, структуры, размера, свойств, направленные на обеспечение оборудования необходимым набором средств для воспроизведения нужной шкалы.
С нанометрологией тесно связана стандартизация, первоочередные задачи которой заключаются в нормативном обеспечении методик измерений, стандартных образцов и мер, а также безопасности при их воздействии на окружающую среду. Работы в этом направлении проводятся, и уже имеются положительные результаты.
В большинстве докладов обсуждались вопросы реализации нанотехнологий в электронике, медицине, химии, биологии и в других областях науки и техники. Речь, в частности, шла о высокоточных измерениях при исследованиях и производстве нанопродукции и, прежде всего, об определении размеров формируемых структур. Так, в докладе зав. отделом электронной кристаллографии Института кристаллографии РАН д. ф.-м. н. А. Авилова рассматривались результаты измерений размеров наночастиц и тонких пленок с метрологическим обеспечением их методом малоугловой рентгеновской дифрактометрии – одного из основных при определении размерных параметров в нано- и субнанометровом диапазонах. Достоверность измерений обеспечивается стандартными образцами и методиками калибровки малоугловых рентгеновских дифрактометров.
Интерес вызвал доклад директора ООО "Системы для микроскопии и анализа" В.Шкловера (Москва) "Трехмерная характеризация субмикронных биологических и биогенных структур". В нем сообщалось об объемной электронной микроскопии – перспективном методе исследований и характеризации мягких объектов. Получаемая структурная информация позволяет визуализировать на субмикронном уровне, вплоть до наноструктур, сложную микроанатомию тканей в функционально значимых объемах образца. Трехмерная характеризация поверхностей на границах раздела мягкое вещество–твердое тело, жидкость и газ дает возможность получать информацию о пространственном взаиморасположении структур, необходимую для понимания функциональных особенностей и механизмов газообмена, секреции, перистальтики.
Докладчики отмечали, что совершенствуются подходы при создании стандартных образцов для анализа и испытаний наноматериалов. Так, профессор МИСиС Е.Левашов рассказал о синтезе на основе наноструктурированных покрытий, полученных методом магнетронного осаждения, образцов для механических и трибологических испытаний. Для биомедицинских и твердых износостойких покрытий с размером зерна менее 20 нм, осажденных на металлические и неметаллические подложки, в определенном интервале нагрузок модуль упругости при наноиндентировании и коэффициент трения при скольжении практически не зависят от материала подложки.
В докладе К.Алексеенко (Томский государственный университет) акцент был сделан на разработке стандартных образцов для калибровки средств измерений и оценки показателей точности количественного состава нанопродукции.
Следует упомянуть, что уже в 2011 году в Москве открылся учебно-научный центр "Международная школа микроскопии". Этот проект – результат сотрудничества МИСиС и поставщика оборудования для световой и электронной микроскопии компании Tokyo Boeki. В частности, в центре имеется учебный класс на 12 рабочих мест с доступом к оборудованию в режиме реального времени, а также просвечивающий электронный микроскоп JEOL JEM-1400. Участники школы в последний день ее работы во время экскурсионной поездки имели возможность ознакомиться с деятельностью этого центра.
В небольшой выставке, развернутой во время работы школы, участвовало пять компаний: Институт проблем химической физики РАН, ЗАО "НИЕНШАНЦ", НТ-МДТ, ТермоТехно ( все Россия) и Tokyo Boeki Group (Япония). Выставка носила плакатный характер, однако у специалистов представленных организаций можно было получить сведения о номенклатуре, параметрах и возможностях предлагаемой для наноиндустрии аппаратуры. В частности, была представлена универсальная серия приборов для изучения субмикронных частиц, порошков, суспензий, эмульсий, коллоидных растворов и пористых материалов: микро- и нанотомографы, нанотвердомеры и скретч-тестеры, атомно-силовые и ближнепольные оптические микроскопы.
На торжественном заседании, посвященном завершению работы школы, проводилось награждение победителей конкурса докладов молодых ученых. В целом, как отмечают специалисты, школой достигнуты положительные и очевидные результаты. Они непременно дадут импульс развитию российской наноиндустрии и международной кооперации в этой сфере. ▪
Отзывы читателей
