Нанотехнологии (Наноматериалы - см. 620.22)

В предлагаемом учебном пособии излагаются результаты исследования физико-механических свойств керамик, изготовленных из нанопорошков соответствующих составов методом сухого одноосного прессования при одновременном воздействии ультразвука, приведены результаты исследований распределения зерен и пор по размерам, плотности, микротвердости, трещиностойкости и других характеристик полученных керамик.

В книге под редакцией известных ученых собраны статьи и обзоры видных специалистов в области нанотехнологий, посвященные растровой электронной микроскопии (РЭМ). С помощью РЭМ можно изучать свойства наночастиц, нанопроволок, нанотрубок, трехмерных наноструктур, квантовых точек, магнитных наноматериалов, фотонных кристаллов и биологических наноструктур. Рассмотрены различные типы РЭМ, включая просвечивающие микроскопы с высоким разрешением, рентгеновский микроанализ, новейшие методы получения изображения посредством обратно рассеянных электронов, а также методы электронной криомикроскопии для исследования биообъектов.

Впервые в российской и зарубежной практике представлены теоретические и методологические основы Форсайта (от англ. foresight — предвидение) экономики знаний, методы и модели, на которых основываются и национальные, и корпоративные программы Форсайта.

Рассмотрен ряд аспектов исследования наноматериалов. Проанализированы размерные величины, используемые для характеристики крупнокристаллических и наноматериалов, подняты вопросы взаимосвязи средних величин между собой. Приведено развернутое описание новых методов исследования и обработки экспериментальных данных, разработанных на кафедре ФНСиВТМ НИТУ МИСИС.

В сборник вошли научные статьи, отражающие результаты исследований, представленных на научно-практической межрегиональной конференции «Квантовые компьютеры, микро- и наноэлектроника (физика, технология, диагностика и моделирование)», проходившей в Ярославском государственном университете им. П.Г. Демидова 22 - 23 сентября 2008 г. В сборник включены теоретические, экспериментальные и обзорные статьи, посвященные наиболее актуальным проблемам развития микро- и наноэлектроники, квантовым компьютерам и некоторым смежным вопросам. Конференция организована в соответствии с планом мероприятий государственного контракта № 02.552.11.7028 Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы».

Приведены основные сведения об оптических свойствах полимеров, сравнительные характеристики органических стекол (и других полимерных материалов), способы их модификации, включая разработанные в Казанском государственном технологическом университете. Отражено развитие исследований в традиционных областях применения прозрачных полимеров, а также рассмотрены современные тенденции в области создания функциональных полимерных материалов, содержащих наноразмерные наполнители, обладающих нелинейно-оптическими и другими свойствами.

В учебном пособии рассмотрены волноводные структуры, в которых за счет малого по сравнению с длиной волны поперечных размеров имеются запредельные (запрещенные) зоны частот (энергий). Показано, что введение активных сред приводит к качественному изменению физических свойств этих структур - запредельные области трансформируются в зоны усиления. Рассмотрены возможности создания нового класса микроэлементов и наноэлементов на базе запредельных структур в различных частотных диапазонах электромагнитного излучения: от микроволнового до оптического. Описываются особенности распространения электромагнитных волн в безграничных изотропных и анизотропных средах в областях их запредельных параметров, особенности отражения и прохождения волн через границы раздела с запредельными средами. Рассмотрено распространение волн в запредельных однородных и неоднородных волноводных структурах, в периодических структурах. Описываются особенности резонансных свойств экранированных структур с запредельными средами. Авторами не ставилась задача полного охвата известного к настоящему времени материала, имеющейся литературы и авторских приоритетов.

Рассмотрены базовые положения современного представления о строении и отдельных свойствах микрообъектов от молекул до наноструктур. Изложены основы специально разработанной для описания и теоретического исследования микромира квантовой механики. Специальный раздел посвящен вопросу о физической природе химических связей. В связи с широким применением в строительстве лазеров рассмотрен принцип их действия. Заключительная часть пособия особенно важна для понимания свойств нанообъектов и посвящена вопросам, связанным с физическими процессами на границе микро- и макромиров. Особое внимание уделено проявлению соотношений числа пограничных и внутренних атомов общей структуры.

Проанализированы вопросы обеспечения надежности радиоэлектронных средств нового поколения - на базе приборов, функционирующих на квантоворазмерных эффектах в наноразмерных слоях составляющих их полупроводниковых гетероструктур. В качестве примера рассмотрено обеспечение надежности смесителя радиосигналов СВЧ-диапазона на базе резонансно-туннельных диодов.

Рассмотрены базовые положения современного представления о строении и отдельных свойствах микрообъектов от молекул до наноструктур. Изложены основы специально разработанной для описания и теоретического исследования микромира квантовой механики. Специальный раздел посвящен вопросу о физической природе химических связей. В связи с широким применением в строительстве лазеров рассмотрен принцип их действия. Заключительная часть пособия особенно важна для понимания свойств нанообъектов и посвящена вопросам, связанным с физическими процессами на границе микро- и макромиров. Особое внимание уделено проявлению соотношений числа пограничных и внутренних атомов общей структуры.

Эта книга — одна из первых в мировой литературе монографий, посвященных тепловым процессам в наномасштабных системах. Проанализированы классические и современные представления о теплофизике нанообъектов. Рассмотрены механизмы переноса тепла в различных наноструктурах, методы вычисления теплопроводности, в том числе в нанопроволоках и нанотрубках, нанокомпозитах и наножидкостях. Проведен анализ радиационного теплопереноса на наномасштабах. Особое внимание уделено роли межфазных границ и влиянию размерных (классических и квантовых) эффектов, приводящих к особенностям и аномалиям теплопереноса. Отражено современное состояние интенсивно развивающихся областей теплофизики — нанотермогидродинамики и нанотермоэлектричества.

Подробно рассмотрены фундаментальные физические эффекты и электронные процессы, характерные для наноразмерных структур. Описаны принципы функционирования и типы наноэлектронных приборов для обработки информации. Приведены нанотехнологические подходы, позволяющие формировать приборные структуры наноэлектроники и спинтроники. Наряду с обновленным и расширенным теоретическим материалом предыдущего издания в данное издание включены практические задачи и контрольные вопросы для самопроверки, призванные закрепить изучаемый теоретический материал.

Представлен список документов на русском, болгарском, китайском, японском и английском языках, из банка данных ВИНИТИ по нанотехнологиям в медицине за 2006-2008 годы.

Построены квазистационарные характеристики динамической модели микродвигателя вращения с электростатическим накатом упругих лент с учетом качества сопряжения контактирующих поверхностей (лента — пленка). На базе двухстепенной упруго-массовой модели микроактюатора выполнен сравнительный анализ проскальзывания ленты на начальном этапе воздействующего импульса напряжения при учете сил адгезии.

Методические указания содержат теоретические сведения о физических основах оптического метода контроля структуры материалов, в том числе микроскопии высокого разрешения – сканирующей ближнепольной и конфокальной оптической микроскопии, правила проведения металлографического анализа черных и цветных сплавов, порядок выполнения и оформления результатов лабораторных работ.

В этой книге затронуты вопросы взаимосвязи физико-химических явлений в окружающей среде с изменениями климата и экологической ситуации на Земле, что определяет междисциплинарность ее содержания. Показана важнейшая роль взаимодействий на межфазных границах минерал/вода в процессах формирования и выветривания горных пород, в миграции химических элементов и веществ. Многочисленные практические примеры реальных природных экосистем и регионов, а также предлагаемые задачи помогают лучше понять необходимость тщательного изучения физико-химического аспекта биогеохимических процессов на уровне наноразмерных структур, без чего невозможно создание глобальной сети экологического мониторинга.

Изложены основы следующих технологий: модификация материалов пучками заряженных частиц; синтез и модификация нанопористых материалов; синтез и модификация нанокомпозиционных материалов. Даны контрольные вопросы и задания для практических занятий.

В методических указаниях даны базовые понятия, определения и представлены основные объекты нанотехнологий в целом и нанохимии в частности.

Впервые технологии микро- и наноэлектроники рассмотрены неразрывно с технологиями высокочистых веществ и материалов в основополагающем ключе «высокая чистота материала — высокое качество продукции». Рассмотрены основные процессы получения высокочистых веществ и материалов на их основе, процессы и технологии получения эпитаксиальных структур кремния, арсенида галлия и др., технологии их обработки при переходе к компонентам электронной техники. Пособие может быть использовано студентами всех форм обучения, в том числе и по смежным специальностям, как для самостоятельной работы, так и выполнения курсовых проектов, а также в качестве конспекта лекций по курсу «Технология материалов электронной техники». Содержит перечень контрольных вопросов для оценки усвоения студентами материала.

Рассматриваются вопросы, связанные с новыми тенденциями развития кремниевой наноэлектроники, увеличением чувствительности нанопроволочных химических и биологических сенсоров, созданием ПЗС-фотоматриц высокой плотности и чувствительности и их применение в цифровой фото- и видеоаппаратуре. Приведены основные сведения об особенностях энергетического спектра и транспорта носителей заряда в одномерных системах (квантовых проводниках) и углеродных нанотрубках. Кратко изложены термины, принципы, достижения и перспективы в таких быстро развивающихся областях, как магнитоэлектроника (спинтроника) и фотонные кристаллы.

Рассматриваются вопросы, связанные с новыми тенденциями развития кремниевой наноэлектроники, увеличением чувствительности нанопроволочных химических и биологических сенсоров, созданием ПЗС-фотоматриц высокой плотности и чувствительности и их применение в цифровой фото- и видеоаппаратуре. Приведены основные сведения об особенностях энергетического спектра и транспорта носителей заряда в одномерных системах (квантовых проводниках) и углеродных нанотрубках. Кратко изложены термины, принципы, достижения и перспективы в таких быстро развивающихся областях, как магнитоэлектроника (спинтроника) и фотонные кристаллы.

Рассматриваются размерные эффекты в нанообъектах, классификация наноматериалов, их состав, строение, свойства, методы получения и методы исследования.

Рассматриваются принципы построения и свойства устройств на транзисторах и интегральных элементах, работающих в импульсном режиме; основы построения устройств комбинационной логики: шифраторов, мультиплексоров, триггеров, регистров, счетчиков, сумматоров. Излагаются основы построения и свойства таких базовых схем, как мультивибраторы, генераторы линейно изменяющегося напряжения, триггеры, блокинг-генераторы.

Предназначено для самостоятельной проработки студентами дисциплины «Физико-химические основы нанотехнологий». Приведено описание методов и средств поиска литературных источников, рассмотрены принципы и структура составления реферата и оформления презентации. Указаны основные требования к оформлению и представлению реферата, а также к защите и оценке работы на мини-конференциях.

Излагаются основы широко применяемых в настоящее время методов исследования структуры неупорядоченных, аморфных и наноматериалов, в том числе с использованием синхротронного излучения. Описаны теоретические основы методов и особенности их применения.

Практикум включает теоретические основы, описание лабораторных работ и задания к ним, а также вопросы и задачи для контроля усвоения материала по дисциплине «Физико-химические основы нанотехнологий». Подготовлен на кафедре химии.

В основе учебного пособия лежит идея взаимосвязанного и одновременного развития группы речевых навыков (чтения, говорения, аудирования), необходимых в профессиональном общении будущих специалистов в области наноинженерии. Центральной темой текстового материала пособия является наноинженерия – технологии разработки наноматериалов, их свойства и применение. Использовано множество заданий творческого и дискуссионного характера, а также задания, направленные на анализ конкретных ситуаций будущими специалистами, что создает интерес и мотивированность при изучении иностранного языка. Профессиональный и языковой компоненты учебного пособия органически взаимосвязаны, а новый учебный материал детально прорабатывается в предтекстовых и послетекстовых упражнениях и закрепляется в творческих заданиях, ориентированных на решение профессиональных задач. Цель учебного пособия – подготовить студентов к чтению оригинальной литературы по специальности и ведению беседы на темы, предусмотренные программой языковой подготовки бакалавров по направлению «Наноинженерия». При подготовке учебного пособия были использованы материалы по нанотехнологии, представленные в открытом доступе в Интернете. Большинство материалов были переработаны и адаптированы авторами учебника. На их основе составлены поурочные словари и глоссарий.

Пособие «Плазменная нанотехнология. Часть 1» предназначено для студентов старших курсов и преподавателей негуманитарных факультетов РУДН, интересующихся тенденциями современной научно-технологической революции. Это пособие послужит необходимым ориентиром студентам-физикам шестых курсов, слушающих и сдающих экзамен по новому спецкурсу «Плазменная нанотехнология» в рамках магистерской программы «Прикладная физика и физическая информатика». Подготовлено на кафедре экспериментальной физики факультета физико-математических и естественных наук РУДН.

В учебном пособии излагаются физические и технологические основы наноэлектроники, в том числе принципы функционирования и характеристики наноэлектронных устройств на базе квантово-размерных структур: резонансно-туннельных, одноэлектронных и спинтронных приборов. Рассматриваются особенности квантовых компьютеров, электронных устройств на сверхпроводниках, а также приборов нанобиоэлектроники. Каждая глава снабжена контрольными вопросами и заданиями для самоподготовки.

Представлены описания лабораторных работ для студентов 2–3-х курсов, обучающихся по специальностям «Нанотехнологии в электронике» и «Квантовая электроника». В ходе выполнения работ студенты ознакомятся с некоторыми методами получения наночастиц и нанокомпозитов, приобретут навыки работы с объектами нанометрового размера и овладеют современными физико-химическими методами исследования. Каждый цикл работ предваряется теоретическим введением, которое может играть роль краткого конспекта лекций.

Микросистемная техника – активно развивающееся направление, создающее функционально законченные нано- и микроразмерные устройства, характеристики которых кардинальным образом отличаются от характеристик устройств аналогичного назначения, созданных по традиционным технологиям. Учебное пособие содержит сведения о физических принципах функционирования электромеханических систем и об основных технологиях их производства. Приведены примеры использования микроэлектромеханических систем в различной аппаратуре как бытового, так и специального назначения.

В работе представлен материал, раскрывающий физические основы нанотехнологий: рассмотрена классификации наноматериалов, физические свойства наиболее изученных наноматериалов, физические основы электронной микроскопии и принципы работы зондовых атомно-силовых микроскопов.

Описаны физические явления, используемые в работе сканирующего туннельного микроскопа и атомного силового микроскопа. Рассмотрены физико-химические законы наиболее разработанных зондовых нанотехнологий.

Учебно-методическое пособие состоит из трех уроков и содержит современные неадаптированные тексты, отражающие базовые сведения о нанотехнологиях. Текстовый материал соответствует лекционному курсу «Основы нанотехнологий», читаемому студентам старших курсов специальности «Проектирование и технология РЭС» (РЛ-6). Тексты предваряются терминологическим словарем, помогающим преодолеть лексические трудности. В конце пособия приводится обобщенный словарь для удобства перевода представленных в пособии дополнительных текстов. Каждый урок содержит упражнения на контроль понимания текстов, грамматические упражнения по наиболее трудным разделам грамматики и упражнения, подготавливающие студентов к аннотированию и реферированию научной литературы.

В курсе лекций рассмотрены: физические свойства основных материалов, применяемых в оптике, их параметры и методы изготовления, основные типы элементов интегральной оптики и нанооптики и основы работы функциональных элементов интегральной нанооптики, основные методы производства элементов интегральной оптики, интегрально-оптические устройства.

В учебном пособии представлены физические свойства основных материалов, применяемых в оптике и нанооптике, их параметры и методы изготовления, применения, основные типы элементов интегральной оптики и нанооптики и основы работы функциональных элементов интегральной нанооптики, основные методы производства элементов интегральной оптики, интегрально-оптических устройств. Учебное пособие является введением в предмет и авторами не ставилась задача сколько нибудь полного охвата известного к настоящему времени материала, имеющейся литературы и авторства представленных материалов.

Книга представляет собой курс лекций по учебной дисциплине «Физические основы нанотехнологий, фотоники и оптоинформатики», рассматривающий основные явления, принципы и экспериментальные достижения нанофотоники. В книге на высоком физико-математическом уровне описываются вопросы распространения и взаимодействия света в пространственно-ограниченных наноструктурах, рассматриваются свойства различных наноструктурированных материалов, а также вопросы их практического использования.

Содержит теоретические основы науки о нанотехнологии, наноинженерии, наноматериалах и комплекс заданий для аудиторной работы по практике перевода и изучению терминологии.

Даны краткие сведения из отдельных разделов физики и смежных наук, составляющих физические основы микро- и нанотехнологий. Рассмотрены основные законы, понятия и определения физических явлений, процессов и сред, являющихся основой этих технологий. Приведены методы преобразования фундаментальных физических законов в прикладные технологические зависимости, расчеты физических закономерностей, определяющих параметры процессов микро- и нанотехнологий.

В книге описываются концепции, которые, по мнению автора, занимают центральное место в науке о материалах. Адриан Саттон, почетный профессор Имперского колледжа Лондона, показывает развитие научного подхода в материаловедении от классической термодинамики XVIII века к наноструктурам, метаматериалам и активной материи XXI века. На простых моделях объясняются причины стабильности материала, особенности фазовых переходов, влияние дефектов структуры и их виды. Просто и доходчиво раскрывается роль квантовой механики в науке о материалах. Читатель узнает о практических направлениях работы ученых по созданию материалов, которые не существуют в естественных условиях, метаматериалов, и о том, какую роль играет материаловедение применительно к живой материи. Для изучения ряда тем понадобится знание физики, химии и математики на школьном уровне.

Методические указания содержат информацию об основных законодательных актах, обеспечивающих единство измерений в сфере нанотехнологий, о стратегии развития приоритетных направлений экономики, об условиях формирования метрологических центров обеспечения и оценки соответствия продукции наноиндустрии, а также вопросы для обсуждения на практических занятиях.

Монография всеобъемлюще отражает самые последние сведения в области изучения и применения нанотрубок за последние двадцать лет. Приведена информация о методах их получения, структуре, электронных, оптических, механических, магнитных и эмиссионных свойствах. Описаны во многом удивительные изобретения, полученные с помощью этих новых материалов: одноэлектронный, полевой и квантовый нанотранзисторы, химические сенсоры, источники оптического и рентгеновского излучения, логические элементы, ячейки памяти и даже радиоприемник на одной-единственной углеродной нанотрубке. Значительное внимание уделено расчетам электронного строения нанотрубок с помощью метода линеаризованных присоединенных цилиндрических волн. Один из разделов книги посвящен новому направлению в науке — наноэлектромагнетизму.

Учебное пособие представляет собой курс лекций по органической химии для студентов по специальности «Инженерная экология». В пособии рассмотрены общие вопросы органической химии: основные положения строения органических веществ, виды изомерии, номенклатура основных классов органических соединений, типы химических связей, механизмы и типы химических реакций. Подробно рассмотрены методы получения и физико-химические свойства основных классов химических соединений (алканов, алкенов, алкадиенов, алкинов, циклоалканов, ароматических соединений, спиртов, альдегидов, кетонов, аминов, сахаров и углеводов). Описаны методы химической технологии получения углеродсодержащих наноматериалов. Рассмотрены механизмы образования углеродсодержащих материалов и научные основы регулирования процессов их образования.

В учебном пособии описаны основные понятия в области нанонауки, дана классификация наноматериалов и методов их получения, представлены методы синтеза наноразмерных оксидных наноматериалов, рассмотрены основные нанотехнологии, позволяющие формировать структурированные наноматериалы. Представлено соотнесение терминов и определений на русском и английском языках, что будет полезно молодым ученым и исследователям для корректного понимания англоязычных авторов и написания рукописей на английском языке.

Уникальность данного учебного пособия о получении, свойствах и применении неорганических наноматериалов состоит в том, что оно учитывает специфику и программу подготовки в России химиков-технологов, особенно специализирующихся на материалах для энергетики. Особое внимание уделено терминологии в области нанонауки и нанотехнологии. Приведены сведения о необычных, нетипичных веществах, материалах и способах их получения с целью помочь читателям выработать собственные идеи.

Настоящее издание соответствует учебной программе курса «Специальные технологические методы в нанотехнологии». Рассматриваются методы выращивания 2D-наноструктур (нанослоев), 1D-наноструктур (нанонитей) и 0D-наноструктур (наночастиц) с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии для их применения в наноприборах радиоэлектронных систем.

Методические указания содержат теоретические сведения о физических основах процессов ослабления, поглощения и рассеяния света дисперсными системами, примеры решения задач по определению характеристик дисперсных систем, задачи для самостоятельной работы и задания для лабораторно-практических работ.

Нанотехнология - это технология работы с молекулами. Прогнозируется, что ее развитие приведет к революционным успехам в медицине, электронике, информационных технологиях, энергетике и других областях человеческой деятельности. Данная монография является живым и образным введением в методы и задачи наноинженерии. В ней отражены сложности, возникающие при проектировании и конструировании вычислительных наноустройств. Детально рассмотрены этапы развития этого нового направления в науке. Основное внимание уделяется методу молекулярной динамики, который применяется для анализа нового класса задач, направленных на исследование свойств атомных кластеров (которые, в свою очередь, являются основой для наноустройств). Приводятся полные сведения из области смежных фундаментальных наук (биологии, физики, химии, информатики и техники), необходимые для понимания излагаемого в работе материала.

Рассмотрен процесс фотолитографии. Изложено описание процедур проведения экспериментов по определению разрешающей способности операций фотолитографии и жидкостного травления тонкопленочных медных структур. Представлена методика обработки полученных результатов травления и выявления на их основе бокового подтрава токопроводящих структур и неравномерности тонкопленочного покрытия по площади заготовки.

Пособие включает в себя краткие основные сведения о физических эффектах в сверхпроводниках, справочный материал, задачи и примеры их решения. Основная цель настоящего пособия – дать краткую и необходимую информацию для закрепления материала в рамках курса Микро- и нанотехнологии.