Электронная микроскопия в исследовании различных этапов получения металлических наноструктур
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
? все поры в них имеют одинаковые размеры. ТМ характеризуются высокой селективностью в процессе фильтрации, биологической инертностью, радиационной безопасностью, гладкой поверхностью, низким уровнем дефектности, малой дисперсией диаметров пор [4] . Другим важным направлением использования трековых мембран является синтез наноструктур. Среди наноматериалов пористые мембраны занимают совершенно уникальное положение, так как представляют собой системы трехмерно связанных или отдельных нанопор в матричном полимерном каркасе [5] .
1.2 Получение ТМ
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
1.3 Облучение полимерной плёнки
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. 2).
Рис. 2. Схема облучения полимерной пленки при производстве ТМ.
Трек тяжелого иона состоит из сердцевины и оболочки, существенно различающихся по характеру радиационно-химических эффектов. 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. Эта область обладает свойством избирательного травления. В оболочке трека, имеющей радиус в десятки нанометров, идут радиационно-химические реакции с участием активных промежуточных процессов радиолиза. В зоне трека происходят процессы, как деструкции, так и сшивания, причем последние могут преобладать. Размер этой области является функцией от заряда и энергии частицы и свойств материала. Характер химических изменений в треках и их истинные размеры изучены далеко не полностью и на настоящий момент времени являются предметом научных исследований [7] .
Широкий разброс по размерам пор, связанный с энергетической неоднородностью осколков распада, поры пронизывают пленку под разными углами, что может приводить к возникновению внутренних дефектов, увеличивающих неоднородность размеров пор [8]. Мембраны могут быть загрязнены продуктами радиационного распада в том случае, если осколок деления не проходит пленку насквозь, что ограничивает их применение в областях связанных с биологией и медициной. Кроме того, малый пробег осколков деления в полимерах ограничивает толщину облучаемого материала для производства ТМ (она не может превышать 10 мкм) [9] .
Физико-химическая обработка облучённой плёнки.
Вторая стадия получения ТМ заключается в химическом травлении треков частиц (Рис. 3) и играет не менее важную роль в формировании поровой структуры и физико-химических свойств мембран, чем облучение пленок.
Рис. 3. Схема физико-химической обработки облученной полимерной пленки при производстве ТМ
Применение ТМ
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] .
Многие эксперименты с ТМ имеют отношение к биологической и медицинской тематике. Например, использование мембран с малыми порами, в качестве основы модели для изучения физических и химических основ поведения ионов в узких каналах. А в дальнейшем на основе таких мембран могут быть получены ион-селективные мембраны и датчики [11] .
Существуют и другие возможности применения ТМ: например, очистка газов [12] . Кроме того, ТМ могут использоваться в качестве дифракционных фильтров электромагнитных волн ультрафиолетового и рентгеновского диапазона.
В данном дипломе ТМ (часто специально изготовленных для определенного опыта) используются для решения различных научных задач. ТМ могут служить в качестве шаблонов для создания различных микро- и наноструктур. Полученные таким образом нанопроволоки и нанотрубки могут обладать особыми магнитными, эмиссионными ,сверхпроводящими и другими уникальными свойствами [13] .
В целом нанопроволоки и нанотрубки относятся к наноструктурам, общие сведения о которых приведены ниже.
2. Наноразмерные материалы
.1 Наноструктуры
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 подразум