Разработка и исследование интеллектуального цифрового туннельного микроскопа для изучения кластерных материалов

• Автор: Гудцов, Денис Вячеславович
• Шифр специальности: 05.11.13, 05.11.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 141 с.

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСОВ ПРИМЕНЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ КЛАСТЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

1.1 Обзор вопросов применения кластерных материалов.

1.2 Исследование кластерных материалов с

использованием СТМ.

1.3 Изучение свойств нанотрубок.

1.4 Обзор методов изготовления игл туннельного микроскопа

1.5 Приводы и методы их управления, применяемые в сканирующих туннельных микроскопах.
1.6 Выводы и постановка задач исследования ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ МИКРОТОПОЛОГИИ ОСТРИЯ
ЗОНДИРУЮЩИХ ИГЛ.
2.1.Актуальиость задачи изучения характера микротопологии зондирующего острия СТМ.
2.2.Применсние методов молекулярной динамики при моделировании разрыва шейки заготовки зондирующей иглы
2.2.1. Уравнения метода молекулярной динамики
2.2.2. Численное интегрирование уравнений
молекулярной динамики.
2.3.Моделирование разрыва шейки заготовки зондирующей иглы СТМ.
2.3.1. Параметры моделирования.
2.3.2. Исследование влияния веса нижней части заготовки на процесс разрыва се шейки.
2.3.3. Изучение влияния колебании нижней части заготовки на процесс разрыва ее шейки.
2.4.Выводы по главе 2
ГЛАВА 3. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА РАЗРАБОТКИ СКАНИРУЮЩЕГО ТУННЕЛЬНОГО
МИКРОСКОПА.
3.1.Основные отличительные особенности цифрового СТМ
3.2.Структура цифрового туннельного микроскопа.
3.3.Конструкция СТМ
3.4.Выводы по главе 3
ГЛАВА 4. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ЦИФРОВОГО ТУННЕЛЬНОГО МИКРОСКОПА.
4.1.Общая структура программного обеспечения
цифрового СТМ.
4.2. Подсистем а сближения зондирующего острия и поверхности исследуемого образца
4.3.Подсистема сканирования
4.4.Подсистема контроля остроты и заточки зондирующего острия
4.5.Цифровая обратная связь
4.6.Выводы по главе 4.
ГЛАВА 5. ДИАГНОСТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТУННЕЛЬНОГО МИКРОСКОПА
5.1 Автоматизированное рабочее место оператора с улучшенной защитой от акустических и электромагнитных воздействий для изучения УДЧ методами СТМ
5.2. Экспериментальные исследования ультрадисперсных
частиц.
5.3.Выводы по главе 5.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Предметом исследования являются модели зондирующей иглы, программно-аппаратурное обеспечение СТМ. Методы исследования. В диссертации использован комплексный метод, включающий теоретические исследования и экспериментальную проверку полученных результатов. Работа выполнялась с применением хматематического моделирования, в теоретических исследованиях использовались: методы молекулярной динамики, численные методы, теоретические основы информатики и программирования, цифровая обработка сигналов, принципы и методология разработки САПР. ЗИ СТМ. АРМ) оператора с улучшенной защитой от акустических и электромагнитных воздействий для изучения УДЧ методами сканирующей туннельной микроскопии. Практическая ценность и внедрение результатов работы. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили решить задачу создания интеллектуального цифрового СТМ на базе сигнального процессора для изучения УДЧ КМ. Работа выполнялась в соответствии с планами госбюджетных НИР, проводимых ИПМ УрО РАН: «Разработка программно-аппаратных средств и методика изучения КМ на базе СТМ» (-), «Исследование закономерностей формирования кластеров и мезокомпозитов» (-г. Результаты диссертационной работы использованы при разработке и совершенствовании программно-аппаратурных средств цифрового СТМ, а также в учебном процессе ИжГТУ. Апробация и публикации. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на двух научно-технических конференциях «Приборостроение в XXI веке. Интеграция науки, образования и и производства» (Ижевск, , ), шестой международной научно-технической конференции «Измерения, контроль, информатизация» (Барнаул, ), научно-технической конференции «Виртуальные интеллектуальные системы» (Барнаул, ). Основной материал диссертации отражён в научных публикациях, включая два патента на изобретения, две статьи в рецензируемых журналах. Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 1 наименования и приложения. Работа содержит 8 стр. В первой главе представлен обзор современного состояния вопросов применения и исследования УДЧ КМ, представленный работами С. П. Губина, А. М. Липанова, Н. В. Хохрякова, В. А. Балусова, И. В. Тананаева, Г. И. Лихтенштейна, A. C. Беренблюма и др. Показана целесообразность применения нанотрубок в СТМ в качестве острия зондирующей иглы, так как нанотрубки являются эффективным источником полевой эмиссии электронов ввиду их высокого аспектного отношения и хорошей электропроводности. Во второй главе предложена математическая модель формирования атомарных выступов при разрыве «шейки» заготовки () в процессе ее изготовления методом травления. Полученные результаты дают представление о механизме процесса разрыва «шейки» и образования микротопологии острия. Разработанная методика численного решения задачи расчета разрыва «шейки» позволяет детально рассмотреть особенности процесса. В результате анализа микротопологии сформированного острия выбираются профиль «шейки» заготовки, длина и вес ее нижней части, а также параметры химического процесса, необходимые для формирования микротопологии острия, пригодной для его дальнейшего атомарного заострения полевыми методами. В третьей главе рассмотрены методы и средства разработки интеллектуального ЦСТМ для изучения УДЧ КМ. Показано, что основными требованиями, предъявляемыми к функциональности ЦСТМ являются: возможность автоматической гибкой настройки под эксперименты различного типа; высокая точность позиционирования образца в процессе сближения; наличие у сканера секций для точного и грубого перемещения вдоль оси Z; низкая величина температурных дрейфов; возможность контроля остроты и его «заточки» непосредственно в ЦСТМ (in situ). Четвертая глава посвящена вопросам разработки программного обеспечения (ПО) ЦСТМ. ПО предназначено для получения информационных сигналов микроскопа о состоянии исследуемой поверхности в режимах постоянного туннельного тока, постоянной высоты зондирующей иглы, модуляции туннельного зазора, снятия его ВАХ.