11 декабря 2019 | Время чтения 3 мин
Аннотация
В статье 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.
Сергей Кузьмичёв, 11 декабря 2019, 18:39 — REGNUM Группа российских и китайских учёных успешно провела исследование по созданию новой технологии манипулирования индивидуальными нанообъектами, сообщает 11 декабря корреспондент ИА REGNUM.
Левша
Иван Шилов © 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.
Аккуратно отобрать нужный нанообъект из множества, а затем надежно захватить и перенести на будущую «строительную площадку» — давняя мечта многих физиков и нанотехнологов
Здесь показан нанопинцет размером 25 мкм, что во много раз меньше толщины человеческого волоса, в процессе захвата нановолокон оксида олова толщиной около 50 нм.
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.
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.
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.
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).
Есть первый Российско-Китайский нанопинцет! 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.
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.