Текст уведомления здесь

В России создали материал для сверхэффективных микроскопов

Ниобат лития позволяет создать устойчивые к температуре приводы для игл сканирующих зондовых микроскопов.
Добавить в закладки
Комментарии

В НИТУ «МИСиС» предложили изменить конструкцию сверхточных микроскопов так, чтобы они стали еще точнее. Для этого предполагается использовать особые бидоменные кристаллы ниобата лития. Помимо прочего, новый материал позволяет изучать объекты при недостижимых ранее температурах — до 450 градусов по Цельсию. Об этом сообщается в пресс-релизе университета, поступившем в редакцию «Чердака».

Одним из самых результативных типов современных микроскопов является сканирующий зондовый микроскоп (СЗМ). Он позволяет не просто видеть нанометровые объекты, но и точно манипулировать ими. СЗМ «прощупывают» поверхность изучаемого объекта миниатюрной иглой (она называется кантилевер). Чтобы перемещать ее с нанометровой точностью, нужен актуатор (особый привод). Сегодня используются актуаторы на пьезоэлектрической основе. Пьезокристалл, к которому прикладывается электрическое напряжение, деформируется в нужной для исследователей степени. Применяя нужное напряжение, можно безошибочно сдвинуть кантилевер туда, куда требуется.

До сих пор лучшим материалом для актуаторов была керамика на базе цирконат-титаната свинца. Но при изменениях температуры его реакция на электрический импульс меняется, то есть даже небольшие колебания температуры в лаборатории уменьшают точность измерений и манипуляций. Поэтому Юлия Терехова из НИТУ «МИСиС» предложила использовать для управления кантилевером новый материал, разработанный в этом же учреждении, — бидоменные монокристаллы ниобата лития.

Пьезоэлектрическая чувствительность ниобата лития довольно низка, поэтому раньше к нему требовалось прикладывать слишком большое напряжение, чтобы переместить иглу кантилевера в нужное место. Но в НИТУ «МИСиС» обошли такую сложность за счет неоднородного отжига (нагрева и последующего охлаждения) монокристаллов ниобата лития. Из-за этого в них формируются две области (домена), по разному деформирующиеся при приложении электрического импульса. За счет взаимодействия деформаций в обоих доменах удалось получить значительные перемещения кантилевера при небольших управляющих напряжениях.

В результате в микроскопах с актуаторами на бидоменном ниобате лития были получены более четкие изображения. Поскольку этот материал сохраняет пьезоэлектрические свойства до 450 градусов по Цельсию, его возможности заметно шире, чем у керамики на основе цирконата-титаната свинца. Тот теряет пьезоэлектрические свойства ужа при 200 градусах. Это значит, что новые микроскопы можно применять для изучения изменений поверхности материалов даже при сильном нагреве.

Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Российские ученые предложили сделать наноалюминий из металлического стекла

Нанометаллы пригодятся в ракетостроении и создании принципиально новых композитов.
Добавить в закладки
Комментарии

Ученые из НИТУ «МИСиС» и Университета Тохоку (Япония) изучили металлическое стекло и обнаружили совершенно неожиданный эффект. С его помощью можно быстро и недорого получать сферические однотипные наночастицы алюминия. Соответствующая статья опубликована в Intermetallics

Металлическим стеклом называют вещества, которые при обычных условиях, остывая, образуют кристаллические решетки, похожие на те, из которых состоят металлы. Однако, если их охладить максимально резко, молекулы в таких материалах застывают неупорядоченно и нормальные кристаллические решетки не возникают. Благодаря этому такие материалы перспективны для ряда отраслей, но в то же время имеют ненормально высокую хрупкость (в ряде случаев близкую к обычному стеклу). Вдобавок действительно быстрое охлаждение металлов и их сплавов требует экзотических производственных методов, например осаждения из газовой фазы (для чего нужно вначале эти металлы испарить, а потом осаждать в вакуумной камере) или даже распыления в охлаждающей среде с помощью взрыва. Поэтому пока такие материалы дороги.

Российские исследователи изучили, как меняются свойства металлического стекла с составом Al85Y8Ni5Co2. Неожиданно они обнаружили, что если этот сплав нагревать с разной скоростью, то свойства получающихся металлических стекол с формально одним и тем же химическим составом будут разными. Связано это, вероятно, с тем, что хаотичность структуры таких металлических сплавов слегка отличается в зависимости от температуры. У неожиданного наблюдения оказались значимые практические следствия.

Если материал нагревать быстро, то из-за скоростной кристаллизации в нем возникают наночастицы сферической формы из практически чистого алюминия, размер их около 10 нанометров в диаметре. Получающийся сплав хотя и тверд, но хрупок, и поэтому его легко разбить. В норме с хрупкостью металлических стекол борются, но в данном случае это скорее преимущество. Кроме того, нужный по скорости нагрев достигается в рамках стандартных методов металлургии: после отливки материал нужно лишь подвергнуть обычной термической обработке, и он тут же насыщается наночастицами алюминия. [ ... ]

Читать полностью

Терагерцовое излучение позволит обнаружить неизвестные свойства графена и углеродных нанотрубок

Российские физики предложили использовать поверхностные плазмон-поляритоны для изучения свойств суперматериалов.
Добавить в закладки
Комментарии

Исследователи из Института ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН совместно с коллегами из Научно-технологического центра уникального приборостроения РАН и Российского университета дружбы народов экспериментально изучили плазмон-поляритоны, появляющиеся на поверхностях различных материалов при тепловой стимуляции (термостимулированные поверхностные плазмон-поляритоны, ТППП). Выяснилось, что подобные плазмон-поляритоны можно использовать для исследования характеристик новых материалов, не поддающихся изучению обычными методами. Соответствующая статья опубликована в журнале Infrared Physics & Technology.

ТППП — разновидность тепловых электромагнитных волн. Они появляются на поверхности металлического тела (проводника), покрытого тонким слоем диэлектрика (изолятора). Термостимулированными их называют потому, что они возникают за счет коллективных колебаний электронов на поверхности проводника, неизбежных при его нагреве. При этом изначально плазмон-поляритоны «плоские», а в нормальную объемную электромагнитную волну они превращаются лишь на стыке проводника с диэлектриком.

Распространение тепловых электромагнитных волн по металлической поверхности прямо зависит от ее конкретных параметров — размеров, шероховатости, температуры и многих других. Поэтому характеристики ТППП позволяют точно установить данные параметры для самых разных материалов. Особенно перспективен этот метод там, где другие способы исследования недостаточно эффективны, например для графена и нанотрубок на основе углерода.

Авторы новой работы вначале создали теоретическую модель, описывающую возбуждение ТППП, а затем провели серию экспериментов, в которых попытались подтвердить или опровергнуть параметры своей модели. Эксперименты показали, что интенсивностью и спектром излучения ТППП вполне можно управлять. Они прямо зависят от температуры и длины образца проводника, на поверхности которого возникают. Это значит, что по характеристикам теплового излучения можно точно определить температуру объекта (впрочем, это давно известная и уже используемая особенность теплового излучения), а кроме того — сделать выводы о свойствах такой поверхности. [ ... ]

Читать полностью

Оксид меди и серебра поможет отыскать взрывчатку и наркотики

Российские ученые создали смешанный нанокомпозит, обладающий рядом удивительных свойств.
Добавить в закладки
Комментарии

Ученым из из Института катализа имени Г. К. Борескова Сибирского отделения РАН совместно с Лабораторией рентгеновской дифрактометрии Новосибирского государственного университета удалось получить смешанный оксид меди и серебра. Свойства нового композита настолько специфичны, что обещают ему широкое применение в производстве самых разных продуктов — от пластиковых бутылок до взрывчатки. Об этом сообщает сайт Сибирского отделения РАН.

Одна из наиболее важных отраслей, где применяются смешанные оксиды, — это каталитическая химия. Разные металлы различным образом создают соединения, содержащие кислород (оксиды). Если в одном соединении кислород связан сразу двумя металлами, его свойства резко отличаются, от тех, что можно наблюдать в обычных оксидах металлов (той же ржавчине). Например, такой кислород может значительно активнее реагировать с внешними соединениями, то есть быть куда более эффективным катализатором, в том числе при низких температурах.

Чем ниже температура того или иного массового технологического процесса, тем меньше затраты энергии на его поддержание. Например, на такой реакции, как окисление этилена, основано получение этиленгликоля, полиэтиленгликолей (из них делают антифризы, тормозные жидкости, моющие средства). Чем ниже температура и чем быстрее идут такие реакции, тем дешевле и конкурентоспособнее конечные продукты. А в их числе даже косметика, парфюмерия, ПЭТ-бутылки и ряд взрывчаток.

На первом этапе ученые изучили каталитические свойства обычного оксида CuO в его наноразмерном состоянии. Выяснилось, что в зависимости от размера «зерна» CuO каталитический эффект оксида меди заметно разнится. Крупные кристаллы хорошо окисляли только при температуре 150—200 градусов Цельсия, а наноразмерные частицы — уже при комнатной температуре. Более детальное исследование показало, что в наноразмерном оксиде меди соотношение атомов соответствовало формуле не CuO, а уже Cu4O3, благодаря чему кислород имел аномально высокую реакционную способность. [ ... ]

Читать полностью