Трековые мембраны, их свойства, определение, получение, применение. Наноразмерные материалы: наноструктуры, нанопроволоки и нанотрубки. Матричный синтез, микроскопия. Получение наноструктур из ферромагнитных материалов, микроскопия металлических реплик.
Аннотация к работе
Помимо достижения совершенства в технологии изготовления наноструктурных материалов, нанотехнология как наука ставит перед собой задачу исследования новых свойств и параметров наноструктур, нахождении принципиально новых возможностей применения наноструктур. Научная сторона в исследовании наноразмерных систем позволяет использовать самый широкий спектр технологий при изучении свойств наноматериалов, таких как масс-спектрометрия, атомная силовая микроскопия при исследовании поверхности, сканирующая электронная микроскопия и др. В данном дипломе для получения наноструктур применяется метод шаблонного (матричного) синтеза, как метод для изучения объектов, при котором поры в заранее изготовленной матрице (шаблоне) заполняются требуемым веществом. Данная работа была направлена на использование матриц с цилиндрическими порами для их последующего заполнения металлом (медью или железом) с целью образования ансамбля наноструктур и изучения их структуры и свойств (в частности магнитных параметров).При прохождении тяжелых ионов инертных газов сквозь твердое вещество, в последнем образуются их следы (треки), которые после обработки соответствующими растворителями превращаются в узкие поры. Подобрав подходящий материал - полимерную пленку, подвергнув ее облучению и выдержав в растворителе до тех пор, пока в ней не образуются сквозные отверстия, получают пористую мембрану [1] . Наиболее полезное свойство данных треков, это избирательность их травления, что позволяет путем специальной химической обработки получать в материале каналы (поры) нужного диаметра и делает возможным изучение этих каналов в оптическом микроскопе. Могут быть получены поры с большим аспектным отношением (т.е. отношением длинны трека к его диаметру), достигающим значения 10000 - для полимеров и 100000 - для слюды [2] .Процесс изготовления полимерных ТМ состоит из двух этапов: облучение полимерной пленки тяжелыми ионами и физико-химическая обработка облученной пленки [6] . ТМ можно изготавливать на основе различных полимерных пленок, для производства ТМ в России большое распространение получил полиэтилентерефталат (ПЭТФ), в то время как на западе большее распространение получили ТМ из поликарбоната (ПК) - очевидно, это связано просто с наибольшей распространенностью пленок из соответствующих материалов. наноструктура ферромагнитный микроскопия На первой стадии в пленке формируется система латентных треков - протяженных дефектов, пронизывающих пленку насквозь и служащих зародышами порообразования, которое происходит на второй стадии (физико-химическая обработка облученной пленки) (Рис. В момент прохождения иона через полимер в сердцевине трека диаметром в несколько межатомных расстояний все атомы оказываются ионизованными. Дальнейшая эволюция сердцевины трека, состоящего из неравновесной плазмы, приводит к глубоким изменениям структуры полимера и значительному увеличению свободного объема.Основное назначение изготовляемых трековых мембран - процесс отделения или разделения жидкостей, путем фильтрации через поры . Этому способствует высокая селективность (все одиночные поры имеют одинаковый диаметр с отклонениями не более 5%). Поэтому в зависимости от функционального назначения (фильтрация механических примесей, бактериальных, разделение концентраций различных суспензий и т.п.) может быть выбран соответствующий номинал трековой мембраны, оптимальный для определенного процесса микрофильтрации [10] . А в дальнейшем на основе таких мембран могут быть получены ион-селективные мембраны и датчики [11] .Под термином «нанотехнология» понимают создание и использование материалов, устройств и систем, структура которых регулируется в нанометровом масштабе, т.е. в диапазоне размеров атомов, молекул и надмолекулярных образований. Нанотехнология подразумевает умение работать с такими объектами и создавать из них более крупные, обладающие принципиально новой надмолекулярной организацией. Такие наноструктуры, построенные «из первых принципов», с использованием атомно-молекулярных элементов, представляют собой мельчайшие объекты ,которые могут быть созданы искусственным путем - размерами они находятся между молекулярной и микроскопической (микронной) структурой [14] . Широкий спектр наноструктур может классифицироваться по ряду признаков, - например, по размерности: здесь можно выделить объекты нуль-мерные - квантовые точки, одномерные - квантовые проволоки, двумерные, например, островки на поверхности. Нанопроволоками называют проволоки диаметром несколько десятков и менее нанометров, изготовленные из металла, полупроводника или диэлектрика.В настоящей работе применяется метод гальванического электроосаждения, [19] для получения нанопроволок на основе трековых мембран. К несомненным преимуществам методов электрохимического нанесения вещества, относится, прежде всего, их достаточная простота, возможность синтеза как полимерных, так и металлических наноструктур в порах ТМ и возможность тонкого контроля процессов осаждения [20] . Электролитическое заращивание каждой поры
План
Содержание
Введение
Глава I. Литературный обзор
1. Трековые мембраны (ТМ) и их свойства
1.1 Определение ТМ
1.2 Получение ТМ
1.3 Применение ТМ
2. Наноразмерные материалы
2.1 Наноструктуры
2.2 Нанопроволоки и нанотрубки
2.3 Способы получения наноструктур
3. Матричный синтез (МС)
4. Микроскопия
4.1 Растровая электронная микроскопия
4.2 Устройство микроскопа и принцип его работы
4.3 Контраст электронного изображения
4.4 Разрешение и увеличение микроскопа
5. Эффект Мессбауэра
Глава II. Методика исследований
1. Получение наноструктур из ферромагнитных материалов
2. Получение медных нанопроволок
3. Гальваническое осаждение
4. Получение железных наноструктур
5. Проблематика осаждения железа
Глава III. Экспериментальная часть
1. Электронная микроскопия металлических реплик
Список литературы
Введение
В настоящее время нанотехнологии являются одним из ведущих направлений научно-технического прогресса. Помимо достижения совершенства в технологии изготовления наноструктурных материалов, нанотехнология как наука ставит перед собой задачу исследования новых свойств и параметров наноструктур, нахождении принципиально новых возможностей применения наноструктур.
Научная сторона в исследовании наноразмерных систем позволяет использовать самый широкий спектр технологий при изучении свойств наноматериалов, таких как масс-спектрометрия, атомная силовая микроскопия при исследовании поверхности, сканирующая электронная микроскопия и др.
В данном дипломе для получения наноструктур применяется метод шаблонного (матричного) синтеза, как метод для изучения объектов, при котором поры в заранее изготовленной матрице (шаблоне) заполняются требуемым веществом. В качестве такой матрицы-шаблона будут использоваться трековые матрицы (ТМ), поры в которых гальванически заполняются требуемым металлом. Преимуществом такого метода является то, что полученные объекты в точности повторяют форму исходных пор в мембране и практически идентичны по высоте и диаметру, а так же то, что этот метод относительно прост и недорог.
Данная работа была направлена на использование матриц с цилиндрическими порами для их последующего заполнения металлом (медью или железом) с целью образования ансамбля наноструктур и изучения их структуры и свойств (в частности магнитных параметров). Основными методами в работе были гальванический рост металла в элекролитической ячейке, электронная микроскопия и эффект Мессбауэра.
Конкретными задачами, стоявшими в работе были: 1) На примере промышленных трековых мембран задать оптимальные условия осаждения различных металлов в поры малого размера.
2) Изучение процесса гальванического заполнения пор (цилиндрических) различными металлами - Cu, Fe
3) Вывод зависимостей
4) Аттестация полученных металлических реплик методом сканирующей микроскопии;
5) Изучение магнитных свойств.
6) Получение гамма-резонансных спектров реплик из железа (Мессбауэрская спектроскопия).