Наноазбука кантилевер

Сильні і могутні не мають того
переваги, яке є у ніжного і слабкого.
Лао-цзи

Кантилевер (cantilever) - консоль, кронштейн, одна з основних частин скануючого зондового мікроскопа.

Уявіть собі трамплін для стрибків у воду, але не для звичайних людей, таких як ми з вами, а для маленьких мікрочеловечков, ноги яких в 10 разів тонше за людську волосину - саме так виглядає кантилевер. З одного боку, кантилевер - це всього лише крихітна балка; товщина якої становить від 0.1 до 5 мкм, ширина - від 10 до 40 мкм, а довжина - від 100 до 200 мкм. З іншого боку, кантилевер є незамінним помічником нанотехнологій. З його допомогою вчені можуть «обмацати» поверхню і що лежать на ній окремі молекули, переміщати їх, робити хімічні досліди з настільки малими кількостями речовин, які не можна зважити навіть на найточніших лабораторних вагах.

Від довжини, ширини, товщини, а також природи матеріалу, з якого зроблений кантилевер, залежить його жорсткість. Чим кантилевер довше і тонше - тим легше він гнеться. Можна зробити такий м'який кантилевер, що з його допомогою можливо буде натиснути на поверхню з силою в одну мільярдну частку ньютона. Це в тисячу разів менше, ніж сила, з якою порошинка тисне на стіл, на якому вона лежить!

Такі маленькі сили потрібні для сканування поверхні, щоб, наприклад, можна було відрізнити лежать на ній окремі молекули. На кінчику кантільовери зазвичай розташована мікроскопічна і дуже гостра голка. Якби кантилевер не міг добре гнутися, то при підводі його до поверхні за допомогою системи нанопозіціонірованія, голка просто пошкодила б поверхню, воткнувшісь в неї. Але кантилевер завжди підбирають настільки м'яким, щоб при підведенні до поверхні він міг зігнутися, а поверхня залишалася б в цілості й схоронності. В якійсь мірі кантилевер схожий за своїми функціями на інструмент лозоходця - розщеплену лозу, яка чи то воду під землею почуває, чи то настрій її володаря, проте величина отколоненія (або частота коливань в особливому режимі роботи) кантільовери пов'язані з цілком фізичними явищами - взаємодією з атомами або молекулами на поверхні досліджуваного зразка. Кантілевери також застосовуються для модифікації поверхні. Використовуючи жорсткі кантілевери (і алмазні голки) можна робити гравіювання і проводити «наночеканку» - видавлювати на поверхні крихітні малюнки (наноіндентори).

Виробництво консолей засноване на використанні двох матеріалах - кремнію і нітриду кремнію. Вістря для «атомно-силової мікроскопії» (АСМ) також виготовляють з кремнію, нітриду кремнію або алмазу, а також використовують покриття TiN, W2 C, Pt, Au, або магнітних матеріалів Fe-Ni / Cr, Co / Cr, CoSm / Cr . Щоб зробити настільки маленькі деталі, використовують процеси літографії, хімічного і фізичного травлення. Для поліпшення властивостей відображення світла зворотну сторону зонда АСМ зазвичай покривають алюмінієм або золотом за допомогою термічного напилення в вакуумі. Крім того, покриття кантільовери п'єзоелектричній керамікою на основі цирконата-титанату свинцю (Pb [Zrx Ti1-x] O3. ЦТС або PZT) дозволяє управляти рухом кантільовери, прикладаючи до контактів різниця потенціалів або безпосередньо зчитувати частоту його вільних коливань. Такі пристрої знаходять сьогодні широке застосування для розробки і створення «наноелектромеханічні систем», «систем нанопозіціонірованія», «наноактюаторов», «наносенсорів», «нановесов» і т.д.

Геометрія кантільовери визначає важливі механічні властивості (в першу чергу жорсткість і резонансну частоту), і варіюється в широких межах. Нижче наведена формула, яка визначає константу жорсткості k.

гдеE - модуль Юнга матеріалу кантільовери, w - ширина, t - товщина, а L - довжина прямокутного кантільовери. Крім звичайних прямокутних консолей, схожих на трамплін для стрибків воду, роблять, наприклад, V-подібні кантілевери, які легко гнутися в перпендикулярному своїй площині напрямку, але практично не перекручуються.

Середній бал: 8.4 (голосів 11)

Досвід навчання в області нанотехнологічного технопідприємництво

У цьому опитуванні ми просимо поділитися досвідом і Вашим ставленням до нанотехнологічної технопідприємництво і суміжних галузей. Заранее спасибо за Вашу небайдужість!

Проектна робота

Сьогодні стає все більш популярною так звана проектна робота школярів, однак на цей рахунок є дуже різні думки. Ми були б вдячні, якби Ви висловили коротко свою думку з цього приводу шляхом голосування. Заздалегідь вдячні!