Техника - молодёжи 2008-09, страница 12

^^^ТД-BEKHftHO

Мегаграмм на нанометр

Государственная корпорация «Росна-нотех» создана для того, чтобы поддерживать средствами федерального бюджета те разработки в области нанотехнологий, которые дают очевидный тех-нико-экономический эффект и доведены до значительной степени готовности к промышленному освоению.

В конце весны госкорпорация определилась со своим первым инвестиционным проектом. Это создание автоматизированного производства высокоточных асферических оптических элементов, имеющих широкий спектр применения - от недорогих штампованных линз и зеркал, фото- и видеоаппаратуры до измерительных объективов, стационарных и спутниковых систем наблюдения, литографического оборудования.

Объектом инвестирования является российская компания «Нанотех», изготавливающая силовые нанопозиционе-ры (НП) - один из ключевых элементов будущего производственного комплекса. НП разработан группой учёных и инженеров под руководством профессора В.И. Раховско-го. Устройств, аналогичных ему по характеристикам, в мире пока не создано: НП может двигать объекты массой в сотни килограммов с субнанометровым дискретом перемещения.

Аппарат построен на использовании явления магнито-стрикции. Его рабочий орган - стержень из Терфенола-D (в основе материала - сплав железа с редкоземельными металлами) удлиняется под действием внешнего управляющего магнитного поля и передвигает собственно инструмент-будь то резец для огранки алмазов или установка для расшифровки структуры сложных молекул.

Конечно, существуют и другие приборы, способные обеспечивать контролируемые перемещения на расстояния в доли нанометра. Но, например, атомно-силовой микроскоп может передвигать лишь отдельные атомы и молекулы в пределах рабочего поля в несколько десятков микрометров; а нанопозиционер Раховского, как уже говорилось, двигает макрообъекты, и при этом его диапазон перемещения - до сотен сантиметров. Это реализуется в «двухуровневом» процессе: грубая ступень перемещает объект на расстояние 1-2 м с точностью 2-3 мкм, точная - на 10-50 мкм с шагом 0,01 нм.

2008 №09 ТМ

В этот проект госкорпорация «Роснанотех» намерена вложить 8,66 млн евро; всего же компания «Нанотех» получит около 13 млн евро внешних инвестиций. Запуск промышленного производства асферических оптических элементов планируется на 2012 г.

Зачем микроскопу нанотрубка?

Большая кривизна поверхности углеродной нанотрубки даёт возможность измерить силу взаимодействия между нею и одиночной функциональной группой

Техника измерения химических сил при помощи химического силового микроскопа основана на использовании оборудования атомно-силовой микроскопии для детектирования сил между поверхностью и остриём зонда, покрытого определёнными функциональными группами, например аминами (-NH₂) или нитрилами (-С = N). Но вот беда: на практике вокруг АСМ-острия, по причине его недостаточной остроты, кластеризуется сразу несколько функциональных групп, и каждая из них вносит существенный вклад в величину силы взаимодействия зонда с поверхностью. А исследователям требуется, чтобы в процессе участвовала только одна.

Сейчас для этого в основном стараются создавать технологии изготовления всё более острых АСМ-зондов. А вот группа учёных из Ливерморской Национальной лаборатории (США) во главе с Александром Ноем сумела переформулировать задачу совершенно по-новому. Что если вместо модернизации острий увеличить кривизну самой поверхности? Обратились к наноматериалу, который по этому параметру оставляет далеко позади всё, что даже в идеале могут предложить иглы АСМ-зондов - к углеродным нанотрубкам (УНТ).

Опыты группы Ноя показали, что кривизна поверхности одностенной УНТ настолько велика, что уменьшает область её контакта с зондирующим остриём до пятнышка с поперечником примерно 1,3 нм; это значит, что во взаимодействие может вступить лишь одна функциональная группа.

Учёным удалось измерить величину силы взаимодействия для трёх различных функциональных групп - аминной, нитриль-ной и метильной (—СН₃). Такой набор был выбран потому, что в нём реализуются три основные возможные ситуации - взаимодействия в случае электронного обогащения, обеднения и взаимодействия Ван-дер-Ваапьса соответственно. И, что особенно важно, эти эксперименты практически воспроизводят идеальную ситуацию, столь любимую теоретиками, и поэтому допускают прямое сравнение опытных данных с предсказаниями существующей теории химической связи. Первые результаты такого сравнения оказались вполне удовлетворительными.

Авторы предполагают, что их работа значима не только в фундаментальном отношении, но имеет и определённое прикладное значение. В частности, она может послужить отправной точкой для создания нового класса химических датчиков.

Уважаемая редакция! От лица всех сотрудников ГК «Роснанотех» хочу передать вам искренние поздравления с 75-летием журнала «Техника -молодёжи»! Мы понимаем, как важны для развития науки и особенно её инновационных отраслей личности - творческие, самостоятельно мыслящие, увлечённые. Именно к таким читателям всегда обращался ваш журнал. Благодарю вас за то, что уже написано, и за всё, что ещё предстоит написать. Желаю удачи и успехов!

Сергей Калюжный, руководитель направления экспертизы ГК «Роснанотех», профессор, д.х.н.

10