Розроблено новий метод нанолітографії для вуглецевих матеріалів

Науково-виробниче підприємство «Центр перспективних технологій» розробило новий метод нанолітографії для вуглецевих матеріалів, який полягає в анодному окисленні поверхні за допомогою зонда атомно-силового мікроскопа. З методом зондової нанолітографії можна було ознайомитися у ході майстер-класу. Його провели співробітники центру в рамках п’ятої міжнародної конференції «Сучасні досягнення бионаноскопии», що проходила 15-17 червня в Московському державному університеті імені М. в. Ломоносова.

Зондовым методів, при яких для дослідження поверхні застосовуються атомно-гострі голки (зонди), останнім часом приділяється особлива увага. У наносвіті зонди, подібно пальцях, дозволяють доторкатися до окремих атомів. Сучасні прилади можуть з високою точністю відслідковувати наноскопические переміщення зонда при русі уздовж поверхні, що повторюють рельєф атомних структур. Так народжуються дивовижні зображення наносвіту. На рис. 1 показана «зірка» на поверхні графіту, товщина пелюсток якої складає всього 5 атомів вуглецю.

Рис. 1. «Зірка» на поверхні графіту

Висока просторова роздільна здатність в зондової мікроскопії досягається за рахунок малої області взаємодії між атомами на кінчику зонда і на поверхні. На відміну від оптичної мікроскопії, дифракційний межа не перешкода.


Рис. 2. Скануючий зондовий мікроскоп «ФемтоСкан». Незважаючи на компактні розміри, він дозволяє реалізовувати більш 50 методик зондової мікроскопії і в умовах роботи на повітрі забезпечує атомне дозвіл

Сканування може проводитися в різних середовищах – в повітрі і навіть в рідині. У багатьох випадках не потрібно дорогого вакуумного обладнання – як в електронної та іонної мікроскопії. Зондові мікроскопи володіють компактними розмірами і легко інтегруються з іншими приладами (див. рис. 2). Все це дає дослідникові додаткові можливості. Наприклад, молекули з навколишнього простору можна змусити реагувати з атомами поверхні. Для цього між зондом і поверхнею подається напруга, причому поверхня заряджається позитивно – реалізується режим локального анодного окислення (ЛАО). В результаті електрохімічної реакції атоми поверхні окислюються з утворенням оксидів.

Якщо окисненню піддається вуглецевий матеріал, то під зондом формуються ямки, так як оксиди вуглецю (СО і СО2) газообразны. Спочатку передбачалося, що атоми вуглецю взаємодіють з киснем повітря. Але подальші експерименти показали, що основною окислювач в даному випадку – вода, що конденсується з повітря на поверхні.

Нещодавно було виявлено, що при окисленні графіту можуть утворюватися як ямки, так і горбки. Збільшення висоти поверхні пояснювали формуванням оксиду графіту. Це з’єднання зберігає шарувату структуру графіту, проте шари з атомів вуглецю викривляються з-за приєднання кисневмісних хімічних груп. Також відбувається впровадження молекул води в межслоевое простір, що й пояснює виникнення горбиків на поверхні. На відміну від графіту, його оксид являє собою діелектрик, тому шляхом локального окислення поверхні графіту можуть бути створені різні наноструктури для пристроїв електроніки, хімічних і біологічних сенсорів, контактні майданчики для експериментів з одиничними живими клітинами. Метод дозволяє всього за кілька хвилин сформувати наноструктури з роздільною здатністю до 10 нм.

Рис. 3. Сліди нанозверей на поверхні графіту. Малюнок створений методом локального анодного окислення

Унікальний метод підкорює серця не тільки наноинженеров, але і людей з тягою до прекрасного. Все частіше художники звертаються до сучасних технологій для втілення своїх ідей. За невеликий час проведення майстер-класу по нанолітографії на поверхні графіту з’явилися стада наноенотов і сліди нанозверей (див. рис. 3). Виявилося, що один шматочок графіту зі стороною в 1 см надає необмежені можливості для творчості і на ньому може бути розміщено до 100 мільйонів мікронних картин.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *