Новости

12 Декабря, 2019 11:25

Нанопинцет. Россия и Китай создают инструменты для наноконструирования

Источник: ИА REGNUM
Группа российских и китайских учёных успешно провела исследование по созданию новой технологии манипулирования индивидуальными нанообъектами, сообщает 11 декабря корреспондент ИА REGNUM.
Картинка: аккуратно отобрать нужный нанообъект из множества, а затем надежно захватить и перенести на будущую «строительную площадку» — давняя мечта многих физиков и нанотехнологов. Источник: ИА REGNUM

Речь идёт о технологии применения созданных в России самых миниатюрных в мире механических инструментов — нанопинцетов из сплавов с эффектом памяти формы.

С их помощью можно сделать реальной считавшуюся почти несбыточной мечту многих физиков и нанотехнологов — осуществлять точное манипулирование нанообъектами, то есть проводить их индивидуальный захват, перенос в пространстве и установку в новую позицию.

Для манипулирования нанообъектами, например, углеродными нанотрубками, нановолокнами, вирусами, нужен такой же миниатюрный механический наноиструмент.

Появление такого инструмента стало возможным благодаря открытию выдающегося советского физика-металловеда академика Г. В. Курдюмова. «Эффект Курдюмова», или эффект памяти формы металлических сплавов, позволяет изменять форму и производить механическую работу путем незначительного нагрева сплава. И что самое удивительное, пределы миниатюрности устройств с эффектом памяти до сих пор точно не установлены!

Для уточнения этих данных российские ученые совместно с коллегами из Китая осуществили измерение силы адгезии отдельного нановискера к металлической поверхности.


Картинка: аккуратно отобрать нужный нанообъект из множества, а затем надежно захватить и перенести на будущую «строительную площадку» — давняя мечта многих физиков и нанотехнологов. Источник: ИА REGNUM

Во время отработки методов манипулирования индивидуальными нанообьектами при помощи микропинцетов были обнаружены эффекты притяжения вискеров (исследователи обозначили их как ZnO) к поверхности металлических микроинструментов. Было установлено, что после покрытия инструмента тонкой пленкой ZnO-эффекты исчезают. Силу этого прилипания удалось измерить при помощи уникального эксперимента. Вискер, прилепившийся одним концом к микроинструменту, другим концом был зацеплен за неровность на подложке. Далее вискер начали изгибать до тех пор, пока он не отлепился от микроинструмента. В этот момент сила упругой изгибной деформации уравновесила и превысила силу прилипания. Весь процесс деформации наблюдали при помощи электронного микроскопа, что позволило определить радиус изгиба вискера, а также его размеры.


Картинка: здесь показан нанопинцет размером 25 мкм, что во много раз меньше толщины человеческого волоса, в процессе захвата нановолокон оксида олова толщиной около 50 нм. Источник: ИА REGNUM

Исследуемая сила притяжения, как предполагают ученые, связана с так называемыми «силами Казимира». Это очень необычные силы, связанные с квантовыми колебаниями вакуума. Ученые измерили силу притяжения отдельного нановискера, и это открывает широкие перспективы экспериментального изучения природы этих квантовых явлений и управления этими силами.

Исследователи считают, что новые знания, полученные их коллективом, откроют возможности создания прорывной российской нанотехнологии, а именно, — механического наноассамблирования отдельных нанообъектов в единые нано-, затем, мезо-, микро‑ и макроприборы и их интегрирование со стандартной элементной базой современной электроники, приборами альтернативной энергетики, микробиосенсорики и телекоммуникаций, приборами для фундаментальных и прикладных научных исследований.


Фото: Доцент НИТУ МИСиС А.В.Иржак проводит в Международном Центре Нанотехнологий Чаньчуньского Университета Чаньчуньском мастер-класс по изготовлению самых маленьких в мире инструментов – нанопинцетов с эффектом памяти формы. Источник: ИА REGNUM

Наноприборы нового поколения, полученные с помощью механического наноассамблирования, будут компактны, дёшевы, не будут требовать больших расходов при производстве, то есть будут доступны даже средним и малым учебным и научным коллективам со скромным бюджетом, а также малым предприятиям. Приборы, которые можно будет создавать с помощью этой технологии, не только будут иметь намного более точные параметры, но будут дешёвыми независимо от мало — или крупносерийности выпуска. Это откроет новые возможности для небольших научных коллективов со скромным бюджетом и позволит им проводить прорывные фундаментальные и прикладные научные исследования.

Стоит отметить, что описанное выше научно-исследовательское мероприятие является во многом знаковым для восстановления научных связей Китая и России, фундамент которых был заложен ещё во времена СССР.

Работа была проведена группой российских ученых из Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, НИТУ МИСиС, ИПТМ РАН и сотрудников Чанчуньского университета науки и технологий (CUST).

Напомним, Чаньчуньский университет науки и технологий (CUST) создавался с помощью советских специалистов из Ленинградского института точной механики и оптики (ЛИТМО) и на протяжении многих десятилетий имел прочные связи с СССР и Россией.

Теперь технология, разработанная в России при поддержке Российского научного фонда, применяется не только на Родине, но и успешно осваивается интернациональным коллективом в рамках совместного проекта, поддержанного ШОС.

23 Января, 2020 16:14
Греет, варит и заряжает: ученые нашли промышленный способ получения термоэлектриков
Ученые НИТУ «МИСиС» разработали сверхбыстрый способ получения термоэлектрического материала, способн...
20 Января, 2020 14:55
Нано под ногами. Сырье для новейших материалов создает сама природа
Представьте себе дом, стены которого сами начинают охлаждать комнаты, когда становится слишком жарко...