Разработка элементов наносистемной техники на основе углеродных нанотрубок и технологии их изготовления

• Автор: Федотов, Александр Александрович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 153 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Углеродные нанотрубки структура, свойства, приборы на их основе

1.1. Классификация углеродных тубулентных структур

1.2. Строение углеродных нанотрубок.

1.3. Свойства углеродных нанотрубок.

1.4. Методы синтеза углеродных наноструктур и механизмы роста углеродных нанотрубок.

1.4.1. Электродуговое распыление графита

1.4.2. Лазерная абляция графита.

1.4.3. Холодная деструкция графита

1.4.4. Химическое осаждение из газовой фазы.

1.4.5. Механизмы каталитического роста углеродных нанотрубок
методом химического осаждения из газовой фазы.
1.5. Основные направления создания приборов на основе углеродных нанотрубок в микро и наносистемной технике.
1.5.1. Зонды для атомносилового микроскопа на основе нанотрубок
1.5.2. Наноэлектромеханические устройства на основе углеродных нанотрубок
1.5.2.1. Наномотор на основе УНТ
1.5.2.2. Переключатели на основе углеродных нанотрубок
1.5.2.3. Наномеханическая память на основе углеродных нанотрубок
1.5.3. Датчики для детектирования газов на основе углеродных нанотрубок
1.6. Выводы по главе 1
Глава 2. Разработка и исследование моделей приборов наносистемной
техники и их элементов на основе углеродных нанотрубок
2.1. Классификация структур и моделей чувствительных элементов приборов наносистемной техники на основе углеродных нанотрубок
2.2. Моделирование чувствительных элементов НЭМС на основе углеродных нанотрубок с сосредоточенной силой
2.3. Моделирование чувствительных элементов НЭМС на основе углеродных нанотрубок с распределенными электростатической и ВандерВаальсовыми силами.
2.4. Определение параметров конструкции наномеханических элементов на основе углеродных нанотрубок
2.5. Моделирование конструкционных параметров газочувствительного
датчика на основе углеродных нанотрубок
2.3. Выводы по главе 2.
Глава 3. Исследования методов и разработка технологии выращивания углеродных нанотрубок
3.1. Экспериментальные исследования методов получения углеродных нанотрубок.
3.2. Разработка технологического процесса формирования каталитических центров.
3.2.1. Топографические исследования каталитических центров.
3.3. Выращивание нанотрубок методом химического осаждения из газовой фазы.
3.4. Выводы по главе 3.
Глава 4. Разработка конструкций и технологогических маршрутов изготовленияи приборов наносистемной техники на основе углеродных нанотрубок
4.1. Разработка конструкции интегрального микромеханического гироскопа на основе углеродных нанотрубок.
4.1.1. Принцип работы интегрального микромеханического гироскопа
на основе углеродных нанотрубок
4.2. Разработка конструкции и технологического маршрута изготовления наномеханического переключателя на основе углеродных нанотрубок.
4.3. Разработка конструкции и технологического маршрута изготовления газочувствительного датчика на основе углеродных нанотрубок.
4.4. Разработка технологогических маршрутов изготовления приборов наносистемной техники на основе использования многофункционального сверхвысоковакуумного нанотехнологического комплекса НАНОФАБ
4.5. Разработка чувствительных элементов на основе углеродных нанотрубок и исследование их газочувствительных свойств
4.6. Выводы по главе 4.
Заключение.
Список использованных сокращений.
Список использованных источников


Новочеркасск, , , Конференции Южного научного центра РАН , , Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления Таганрог, . По теме диссертации опубликовано печатных работ, в том числе, 2 статьи опубликовано в журнале, входящем в Перечень ВАК. В ВНИИТЦ зарегистрировано 5 отчетов по НИР. Получено положительное решение о выдачи патента РФ на изобретение по заявке от г. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложений. Во введении обоснована актуальность темы диссертации, приведены цель работы, основные задачи исследований, научная новизна и практическая значимость работы, приведены сведения об апробации работы и структуре диссертации. В первой главе выполнен обзор литературных источников, проведено обобщение практического опыта, а также основных физикотехнологических проблем, связанных с получением углеродных нанотрубок. Систематизированы работы по разработке приборов и элементов наносистемной техники на основе углеродных нанотрубок. Проведенное обобщение имеющихся к настоящему времени результатов позволяет сделать заключение о том, что в связи с предъявляемыми требованиями к размерам и условиям эксплуатации, в настоящее время является перспективным использование структур из нанотрубок в качестве базовых элементов микро и наномеханических сенсоров. Чувствительные элементы на основе углеродных нанотрубок обладают характеристиками, стабильными к различным условиям эксплуатации. На основании сделанных выводов выбрано направление исследования и осуществлена постановка цели и задач диссертационного исследования. Во второй главе проводится моделирование и анализ условий и режимов деформации УНТ с различными параметрами в составе чувствительных элементов наносистемной техники и возможности применения УНТ в качестве элементов памяти, инерциальных датчиков, переключателей и гироскопов. Представлены расчеты, позволяющие оценить режимы работы и конструктивные параметры приборов наносистемной техники, на примере наномеханического переключателя. В третьей главе приводятся результаты экспериментальных исследований влияния технологических параметров состав газовой смеси, температура, материал подложки и т. ГФХО. Обсуждаются возможные механизмы роста углеродных наноструктур. В четвертой главе приведены разработанные конструкции и технологические маршруты изготовления наномеханического переключателя, газочувствительного датчика и микромеханического гироскопа на основе углеродных нанотрубок. Содержание диссертации изложено на 8 страницах и включает страниц с рисунками, 7 страниц с таблицами и список использованных источников, включающий 2 наименования. В приложениях содержатся акты о внедрении результатов диссертационной работы. ГЛАВА 1. Особое место среди наноструктурированных твердых тел занимают углеродные тубулентные материалы, проявляющие свойства организации и самоорганизации 1,2. В г. Открытие фуллеренов положило начало систематическим исследованиям поверхностных структур углерода. Рис. В г. Установлено, что при послойном разрушении графита могут образовываться не только фуллерены, но и длинные трубки, которые состоят из одного или нескольких слоев атомов углерода, имеют диаметр несколько нанометров и длину несколько микрон рис. Установлено, что нанотрубки могут иметь открытые или закрытые концы и обладать различными проводящими свойствами 4. Рис. Открытие в последние десятилетия большого числа новых структурных разновидностей углерода карбина, фуллеренов, нанотрубок и др. В связи с этим, в работе 6 предложена схема классификации структурных модификаций углерода, основанная на различии типов гибридизации валентных орбиталей. На рис. В вершинах треугольника располагаются существующие формы алмаз вместе с лонсдейлитом, графит и карбин, а на гранях и внутри треугольника переходные и предполагаемые формы. Подобное разделение углеродных форм и материалов в соответствии с типом гибридизации валентных орбиталей атомов представляется наиболее простой и удобной схемой классификации.