Modern magas technológiák anyag
Modern High Tech
Készül docens
Fizikai Electronics II Khinich
Kollégiumi szótár szerint a technológia (a görög «techné» -. «Art» »képesség«,«ügyességi» + «logók» - «tudomány"), mint több feldolgozási módszerek a gyártás, az állapotváltozásokat (tulajdonságok, alak) a kezdeti nyersanyag a folyamat végtermékek gyártásában. A nagy (tudásintenzív) eljárást általában nevezik a leginkább tudásintenzív iparágak: mikro- és nanotechnológiák, számítástechnika és az informatika, robotika
készülékek, perspektivikus nézetekben az energia, az űrtechnológia, a biotechnológia és mások.
A javasolt módszertani anyagok szentelt a vitát a komplex kapcsolatos kérdések nanotechnológia - termékek gyártásához, amelynek mérete
1-100 nm legalább egy dimenzióban (1. ábra). Ha beszélünk a nanotechnológia jellegű, mint egy fontos objektum, mint egy cella sokkal Nanotechnológia határon, de a részleteket azt alkotó, valamint baktériumok és vírusok - ez a természetben a nanotechnológia. Beszélünk az emberi technológia, t. E. A gyártási módszereket ultra-kis termékek, jóllehet elvileg lehet viszonylag nagy elemek, de például, nagyon, nagyon vékony.
Ábra. 1. összehasonlítása tárgyak különböző mérettartományban
Először is hadd magyarázza a véletlenszerűséget nanotechnológia határon. Ebben a tartományban jelennek tulajdonságok nem találhatók meg más tartományokban, azaz például alagút jelenlegi, a kölcsönhatás erő atomok között az anyag. Példaként a megfigyelt tulajdonságok csak a nanométer tartományban, idézhető: 1) a kvantum Hall-hatás, ha a finom kristályok alacsony hőmérsékleten, amikor elektrongáz kell tekinteni kétdimenziós változás a függőség Hallian ellenállása a mágneses mező - hagyományos lineáris függés egymásra helyezett részét állandó ellenállást (. 2. ábra), míg a Hall-ellenállás megérteni alatti keresztirányú stressz hossztengelyéhez viszonyított áram; 2) megváltoztatja a ábrázolása nanoméretű súrlódás. Nem nanoméretű súrlódás - leküzdeni a szabálytalanságok, attól függően, hogy a nyomóerő, és független a terület; nanoméretű súrlódás távolságtól függ, és a tér.
?? ábra. 2. reakcióvázlat a megfigyelés a Hall-hatás
Hallian ellenállás és függés a mágneses mező
Egy másik példa - erejét. A mechanikai stressz vagy nyomás - ez az arány a súlya a terméket, hogy az alap területet. Csökkenő mérete ez az arány csökken - növekvő erejét. Felcsavart papírlapot nehezebb meghajlítani, mint a hagyományos lemez. Példa növekvő erő - segítségével nanocsövek
(Ábra. 3). A cérna vastagsága az emberi hajszál nanocsövek képes a gazdaság rengeteg száz kilogramm. Közvetlen módon a gyártási nanocsövek - használata grafén. Grafén - egy külön szén réteg grafitból (4. ábra). Azonban grafén nanocsövek még nem tudom, hogyan. De már elsajátította az önálló szerelési technikával. Ez akkor fordul elő a katódon való rétegezése közben a szén-dioxid-ionok (elpárologtatott egy grafit anódot) az ívkisülés plazma.
Ábra. 3. típusai szén nanocsövek:
a) - egy egyrétegű, egyenes,
b) - kétrétegű, egyenes,
c) - egyrétegű spirál.
A kötés hossza - 1,41 Ǻ, átmérője - 1 nm
Hossz -> 30 nm
Ábra. 4. grafén rétegek grafit
Minden tárgyalt tulajdonságokat észleljük a nanoméretű. A következő példa - alumínium nem reagál a vízzel egyidejűleg igen aktív alumínium nanorészecskék vízzel reagálva hidrogén szabadul fel. Meg kell jegyezni, a gyakorlati jelentősége ennek a példának tekintve az új típusú energia.
On megnyilvánulása nanorasstoyaniyah hogy interakció erők közötti egyedi atomok alapján az egyik korszerű módszereit megfigyelésével nanoobektov - atomerő mikroszkóppal (5. ábra). Ezek az eszközök lesz szó a következő oktatási anyagok. Itt fontos megjegyezni, hogy a véletlenszerűség a nanotechnológia keret jelenik meg a változást a módszerek megfigyelése nano-objektumok, valamint a változás a technológiák magukat. Optikai módszerek megfigyelések miatt diffrakciós hatások nem működik, mivel a távolság tized mikron.
? ?
Ábra. 5. Külső mérőfej a mikroszkóp NanoEducator
Valóban, a diffrakció miatt hatását minden kép valamelyest elmosódnak a mikroszkópot, egy viszonylag kis növekedés elmosódás- nem jelenik meg, azonban alapvetően lehetetlen, hogy bármilyen részletet a mérete kisebb, mint néhány tized hullámhossza, amely megfelel a küszöböt a nanotechnológia. Ezért, megfigyelésre a nano-objektumok elsősorban más, nem-optikai kutatási módszereket. A fő eszköze a nanotechnológia két módszer - pásztázószondás mikroszkópos és pásztázó elektronmikroszkópos. Példaként a másik eszköz nanotechnológia okozhat optikai csipesz, amelyben a részecske tartják a középpontban inhomogén elektromos mező (ábra. 6.).
Ábra. 6. sematikus ábrázolása az optikai csipesz - a lézersugár
a nem-homogén elektromos mező
tartja fókuszpontjában a gömb alakú nanorészecske
Ma, a nanotechnológia - egy élvonalbeli tudomány és az ipar. Nanotechnológia segítségével készített több ezer termék. Természetesen, az első dolog beszélni nanotechnológiai alkalmazások elektronika. Érdekes, hogy néhány szót a történelem mikroelektronika. Több mint 40 évvel ezelőtt a hajnal a mikroelektronika egyik cég alapítói Intel Gordon Mur megfogalmazott a törvény, amely az ő nevét viseli - 1,5 éves változás az alapvető paramétereket a mikroelektronikai elemek 2-szer (az értékesítési mennyiség, sebesség, time shift, a méret, a költség kicsit, energia per bit) (ábra. 7). Ez a törvény megtestesíti a történet elektronika - diszkrét komponensek modern chipek. A nanoméretű először el, de kiderült, hogy most, hogy a határ már eltelt, a törvény még mindig működik.
Ábra. 7. Moore törvénye
Itt célszerű felidézni röviden a munka a bipoláris (ábra. 8) és FET.
?
Ábra. 8. Egy egyszerűsített keresztmetszeti rajza bipoláris n-p-n tranzisztor
Határán nano utazott a határ a 21. század megváltozott az alapelvek a készülékek, amelyek nem hagyhatja figyelmen kívül az alagútépítés áramlatok. Tekintsd meg az egyik mai eszközök alagút áramok (9. ábra).
?
Ábra. 9. A kör és az energia szintjét a forrás és a nyelő a sziget
a egyetlen elektron tranzisztor zárt (felső)
és vezetőképes (alsó) Államok
Egyetlen elektron tranzisztor három elektróda: forrás, leeresztő és kapu. A területen az elektródák között elrendezett két alagútátmenet. elválasztva egy további fém vagy félvezető elektróda, amely az úgynevezett egy „sziget”. A sziget egy nanorészecske vagy fürt nanométer méretű, szigetelt elektródák dielektromos rétegek, amelyen keresztül akkor fordulhat elő, bizonyos körülmények között a elektron mozgás. Az elektromos potenciál a sziget lehet változtatásával szabályozzuk a kapu feszültség, amellyel a sziget csatlakozik kapacitív csatolás. Ha feszültség van a forrás és a csatorna, a jelenlegi, általában nem kerül sor, mivel az elektronok zárva az alapokat - a sziget nem áll rendelkezésre, és az energia szintjét az elektron „világít” piros. Amikor alkalmazzuk a kapu a pozitív potenciált, az energia-szintet csökkentik, és a sziget elektron (ez „égési” a zöld fény) lehet alagút a szigetre, és így tud alagút a lefolyó. Miért egyetlen elektron tranzisztor nevezik - a sziget kisebb, mint 10 nm, csak néhány állam az elektronok és adja át részletekben több darabból.
A sok előnye nano- eszközök (méret, súly, a fogyasztás és a sebesség) külön-külön tárgyaljuk az sebesség (kapcsolási idő), ami egy nagyon fontos paraméter. tranzisztor működési sebesség határozza meg az időpontot, amikor az elektron vagy átmenő lyukba aktív régió, azaz a. e. ez döntő hatással van tranzisztor mérete. Ma tranzisztorok működnek frekvencián a GHz. Azonban akár a végtelenségig, mint a használat
NII frekvenciák meglévő áramkör nem növekedhet. A különböző pontjait az áramkör jel egy fázisban, ha az áramkör mérete kisebb, mint a távolság, amelynél a jel van elosztva az időszak. Tegyük fel, hogy a jel frekvenciája 1 GHz, akkor ez a távolság ∙ T = 3 ∙ augusztus 10 ∙ 10 -9 = 30 cm. A méret a processzor kevesebb, mint 30 cm, és működhet akár magasabb frekvenciák és a mérete az alaplap nem teszi lehetővé, hogy a munka nagy frekvenciájú .
Ábra. 10. példa litográfia, hogy hozzon létre hibák crateriform
egy adott monoréteg mélysége (szkennelési méret - 256 × 256 nm)
Ábra. 11. A neve az IBM, tagjai 35 xenon atomot
egy tál nikkel
Egy idézhetjük két példát a nanotechnológia alkalmazását (ábra. 12-13).
Ábra. 12. Vezetés helyi anódos oxidáció folyamata
(Scan mérete - 200 × 200 nm) ezzel a módszerrel kapott embléma image
RGPU. AI Herzen
Ábra. 13. Vezetés a statikus erő litográfiai eljárás (beolvasási méret 1,6 × 1,6 m) és a dinamikus erő litográfia
Készült tudományos mikroszkóp NanoEducator
Íme néhány példa a nanotechnológia projektek kémia, biológia és az orvostudomány.
Ábra. 14. sematikus ábrázolása a dendrimer
2. kimutatására a rákos daganat a vérben beléphet mikroszkopikus szilikon gyöngyök - átmérője több nm nanospheres bevonva egy nagyon vékony réteg arany (15. ábra). Az ötlet az, hogy a falak az erek a tumorszövetben hibás és vízáteresztő és nanogömbök lehet az ilyen „szivárgó” hajók bejutni a tumorszövetben. Továbbá, fontos, hogy a nanogömbök láthatatlanok voltak az immunrendszer, mert vannak bevonva védőréteggel polietilénglikol. 20 órával a beadás után hajtjuk nanogömbök optikai koherencia tomográfia és a nanogömbök lehetővé teszik, hogy láthatóvá tegyük a tumor. Ezután a tumor besugározzuk infravörös fényt, amely felmelegíti az arany héj részecskék, ami a tumorsejtek elpusztítását.
? ?
Ábra. 15. A nanospheres arany
3. Az orvostudományban, a probléma a nanotechnológia alkalmazása szükséges
Mosti módosítjuk a sejt szerkezetét a molekuláris szinten, azaz, végre "molekuláris műtét" keresztül nanorobotov (ábra. 16). Várható, hogy hozzon létre molekuláris robotok orvosok, akik „élőben” az emberi test belsejében, így minden adódó károk, illetve előfordulásának megelőzésére ilyen. Manipulálásával egyes atomok és molekulák, nanorobots képes lesz javítani sejteket. Nanorobotok vagy molekuláris robotok is részt (valamint a géntechnológia, és ahelyett, hogy) átalakítása a genomjában, módosítani vagy új gének javítására sejtek funkcióit. A lényeg az, hogy egy ilyen átalakulás hosszú távon lehet végezni élő sejteken létező szervezet, megváltoztatva a genom egyetlen sejt, hogy átalakítsa a szervezet maga! Előrejelzés létrehozása robotok orvosok - az első felében a XXI században. A lehetőségek a nano-orvostudomány még nem hajtották végre, már csak néhány nanoprojects.
? ?
Ábra. 16. Nanorobotok a „munka”
Modern magas technológiák anyag