Свойства углеродных наноструктур и наноэлектромеханические системы на их основе

• Автор: Попов, Андрей Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Троицк
• Количество страниц: 157 с. : ил.

1 Введение

2 Образование углеродных наноструктур

2.1 Моделирование образования углеродных наночастиц

2.2 Образование фуллеренов, наночастиц и наиотрубок

2.3 Отбор распространенных фуллеренов

3 Адсорбция на поверхности с дефектами

3.1 Теория адсорбции на поверхности с дефектами

3.2 Расчет энергии адсорбции частицы в выемке

3.3 Моделирование процесса адсорбции частицы в выемку

3.4 Применение в нанотехнологии адсорбции частиц на поверхности с искусственными дефектами

4 Ориентационное плавление углеродной наночастицы

4.1 Методика моделирования ориентационного плавления наночастицы
4.2 Энергетические характеристики наночастицы
Сбо@Сг40
4.3 Результаты моделирования ориентационного плавления наночастицы
4.4 Определение температуры ориентационного плавления наночастицы
5 НЭМС на основе нанотрубок
5.1 Классификация нанотрубок с соизмеримыми слоями
5.2 Диффузия и дрейф слоев нанотрубок
5.3 Барьеры для относительного движения слоев ианотрубок
5.4 Пара наноболт-наногайка на основе нанотрубки

5.5 Наноактуатор на основе нанотрубки
5.6 Нано реле на основе нанотрубки
5.7 Электромеханический панотермометр на основе нанотрубки
Благодарности
Литература
Глава
Последние десятилетия наблюдается значительный прогресс в развитии методов исследования физических свойств объектов со все меньшим пространственным разрешением. Новые возможности исследований привели к созданию новой отрасли технологии — нанотехнологии, т.е. производству материалов и изделий, которые состоят из объектов с характерными размерами менее 100 нм, а также к развитию наноэлектроники и наномеханики, основанных на новых нанотехнологиях.
Тем не менее, несмотря на значительный практический прогресс, достигнутый в нанотехнологии, до сих пор отсутствуют общепринятые концепции для механизмов образования и роста многих наноструктур. В частности, это относится к новым аллотропным модификациям углерода — фуллеренам, наночастицам и нанотрубкам. Исследование механизмов образования и роста углеродных наноструктур важно не только для определения оптимальных условий синтеза при промышленном получении этих наноструктур, но и для понимания физических принципов процессов самоорганизации в других наносистемах.
Развитие нанотехнологии привело также к возможности создания на поверхности искусственных нанолокальных дефектов с заданными свойствами и относительным положением. Теоретические исследования возможностей использования адсорбции частиц (в том числе селективной адсорбции заданных частиц) на поверхности с искусственными дефектами актуально для разработки новых методов создания поверхностных наноструктур и датчиков для обнаружения сверхмалых количеств заданных веществ.
В наносистемах (кластерах, наночастицах и т.д.) возможна иерархия различных термодинамических и структурных состояний системы при их нагреве или охлаждении. Исследование процессов образования и роста наноструктур, а также фазовых переходов в
Глава 3. АДСОРБЦИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ С ДЕФЕКТАМИ
мов аргона на поверхности графита (только в этом случае имеет смысл модифицировать поверхность создавая искуственные дефекты) для любой экспериментально достижимой концентрации атомов аргона в газе. Поэтому случай прыжковой диффузии по поверхности для этой пары адсорбент-адсорбат мы не рассматриваем.
3.4 Применение в нанотехнологии адсорбции частиц на поверхности с искусственными дефектами
В настоящем разделе мы рассматриваем применение в нанотехнологии адсорбции частиц на поверхности с искусственными дефектами нанометрового размера: получение изображения на поверхности в результате самоорганизации адсорбированных на пей частиц, изготовление химических сенсоров, основанных на селективной адсорбции частиц (атомов, молекул, кластеров или наночастиц) на поверхности с искусственными дефектами нанометрового размера и разделение изомеров молекул.
Получение изображения на поверхности. Разработка методов получения изображения на поверхности с манометровым разрешением, т.е. изготовление поверхностных наноструктур в соответствии с заданной схемой, имеет большое значение для многих применений нанотехнологии (например, для сверхплотной записи информации, изготовления микросхем из наноустройств, "работающих на одном электроне" и т.д.). В принципе, поверхностные наноструктуры, соответствующие заданной схеме, могут быть получены перемещением по поверхности одиночных атомов [72, 56], кластеров [169, 32), и наночастиц [104] с помощью иглы АСМ или СТМ. Однако производительность такой методики недостаточна для практического применения.
Другой ряд методов изготовления поверхностных наноструктур основан на самоорганизации адсорбированных на поверхности частиц: а) образование островков при субмо-нослойной адсорбции (см., например, [17]); б) самоорганизация эпитаксиального слоя с образованием фасеток [150]); в) получение периодических поверхностных наноструктур в поле излучения лазера [190, 145]. Метод а) позволяет контролировать только средний размер островков и среднее расстояние между островками. Методы б) и в) подходят только для изготовления периодических поверхностных наноструктур, причем периоды этих наноструктур определяются химическим составом нанообъектов и длиной волны излучения лазера для методов 6) и в), соответственно. Производительность всех указанных методов