ISBN 978-5-9963-2123-0 Монография посвящена рассмотрению методов растровой электронной микроскопии (РЭМ) применительно к нанотехнологиям и включает не только исследование характеристик различных наноматериалов, наноструктур и нанообъектов, но и технологию их изготовления in situ. <...> Использование РЭМ включает изучение наночастиц, нанопроволок, нанотрубок, трехмерных наноструктур, квантовых точек, магнитных наноматериалов, фотонных кристаллов и биологических наноструктур. <...> Ряд усовершенствований в устройствах РЭМ, таких как применение электронных пушек с автоэлектронной (полевой) эмиссией, детекторов отраженных электронов (ДОЭ, или EBSD — electron back scatter detection) и рентгеноспектрального картирования элементного состава, привели к повышению качества анализа наноматериалов. <...> В первой части книги изложены основы теории, используемой в РЭМ, недавно разработанные методы ДОЭ, рентгеноспектрального микроанализа, низковольтной электронной микроскопии, микроскопии с условиями естественной среды для наблюдения биоматериалов, электронно-лучевой нанолитографии, изготовления наноструктур с помощью ФИП и просвечивающей растровой электронной микроскопии (ПРЭМ, или STEM — scanning transmission electron microscopy). <...> Во второй части приводится обсуждение применения методов анализа на основе РЭМ, включая исследование нанопроволок и углеродных нанотрубок, фотонных кристаллов (ФК, или PС — photonic crystals) и приборов на 10 Предисловие их основе, наночастиц и процессов самосборки коллоидных частиц, получения наноблоков с помощью темплатов, одномерных полупроводниковых наноструктур со структурой вюрцита, биостимулированных материалов, применения наноманипуляторов in situ, а также растровой электронной криомикроскопии для исследования наноструктур. <...> Введение в наноманипулирование in situ для конструирования наноматериалов . <...> Нити из коллоидных кристаллов и пористые волокна из прямых сборок . <...> Одномерные наноструктуры на основе оксидов металлов <...>
Растровая_электронная_микроскопия_для_нанотехнологий_методы_и_применение.pdf
Растровая
мэлектронная
Под редакцией
Уэйли Жу и Жонг Лин Уанга
Перевод с английского
С. А. Иванова и К. И. Домкина
под редакцией
канд. техн. наук Т. П. Каминской
4-е издание, электронное
дликроскопия
Методы и применение
я нанотехнологий
Москва
Лаборатория знаний
2021
Стр.4
УДК 621.3+681.54
ББК 30.3+22.3
Р24
Р24
Растровая электронная микроскопия для нанотехнологий.
Методы и применение / под ред. У. Жу, Ж. Л. Уанга ;
пер. с англ. — 4-е изд., электрон. — М. : Лаборатория знаний,
2021. — 601 с. — Систем. требования: Adobe Reader XI ;
экран 10". — Загл. с титул. экрана. — Текст : электронный.
ISBN 978-5-00101-142-2
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.
Книга предназначена для широкого круга практических специалистов
в сфере нанотехнологий, но будет полезна также студентам вузов и разработчикам
новых типов растровых электронных микроскопов.
УДК 621.3+681.54
ББК 30.3+22.3
Деривативное издание на основе печатного аналога: Растровая электронная
микроскопия для нанотехнологий. Методы и применение / под
ред. У. Жу, Ж. Л. Уанга ; пер. с англ. — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний,
2013. — 582 с. : ил., [16] с. цв. вкл. — ISBN 978-5-9963-1110-1.
В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных
техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать
от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации
Translation from the English language edition:
Scanning Microscopy for Nanotechnology
edited by Weilie Zhou, Zhong Lin Wang
ISBN 978-5-00101-142-2
Copyright © 2006 Springer Science + Business Media, LLC
All Rights Reserved
© Лаборатория знаний, 2015
Стр.5
Оглавление
Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Словарь наиболее часто используемых аббревиатур . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Глава 1. Основы растровой электронной микроскопии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2. 1.1. Пространственное разрешение и уравнение Аббе . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Устройство растровых электронных микроскопов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.1. Электронные пушки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.2. Электронные линзы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.3. Параметры колонны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.4. Формирование изображения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3. 2.5. Вакуумная система . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Подготовка образцов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.1. Процедуры получения изображений
биоорганических образцов в РЭМ высокого разрешения . . . . . . . . . . 55
3.2. Фиксация образцов и методы сушки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.3. Дегидратация и высушивание на воздухе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.4. Метод сублимационной криосушки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.5. Сушка в критической точке . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.6. Нанесение металлических покрытий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.7. Структурные исследования с помощью ВРРЭМ
химически фиксированных массивных биологических тканей,
высушенных в критической точке . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Глава 2. Метод дифракции отраженных электронов (ДОЭ)
1. и примеры исследования материалов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
1.1. История . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
2. 1.2. Как работает метод ДОЭ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Данные измерений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
2.1. Столбец «Фаза» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
2.2. Подгоночный модуль . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
2.3. Ориентация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
2.4. Среднее угловое отклонение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
2.5. Контраст полос . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
2.6. Крутизна профиля полосы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Стр.12
12
Оглавление
3. Анализ данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.1. Анализ размера зерен . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.2. Виды карт, получаемых методом ДОЭ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4. Примеры применения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4.1. Алюминиевый сплав, полученный сваркой трением . . . . . . . . . . . . . . 90
4.2. Деформированный интерметаллический сплав Fe–Al . . . . . . . . . . . . . 92
4.3. Тонкие пленки платины. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
4. 4. Медная тонкая пленка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4.5. Алюминиевая тонкая фольга . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
5. Текущие ограничения метода ДОЭ и перспективы его применения . . . . 105
5.1. Пространственное разрешение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
5.2. Угловое разрешение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
5.3. Быстродействие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
6. Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
Глава 3. Рентгеновский микроанализ в наноматериалах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
1.1. Генерация рентгеновских сигналов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
1.2. Детектирование сигнала рентгеновского излучения . . . . . . . . . . . . . 111
1.3. Параметры энергодисперсионного спектрометра . . . . . . . . . . . . . . . . 113
1.4. Рентгеновские артефакты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
2. Моделирование наноматериалов методом Монте-Карло . . . . . . . . . . . . . 121
3. Примеры исследований . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
3.1. Компьютерный чип . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
3.2. Нанопроволока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
3.3. Наночастицы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
Глава 4. Низкокиловольтная растровая электронная микроскопия . . . . . . . . . . . . . . 137
1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
2. Генерация электронов и ускоряющее напряжение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
3. «Зачем применяют низкокиловольтный режим?» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
4. Применение низких ускоряющих напряжений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
5. Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
Глава 5. Электронно-лучевая нанолитография
в растровом электронном микроскопе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
1.1. Основы электронно-лучевой литографии
на базе растрового микроскопа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
1.2. Описание электронно-литографической системы на базе РЭМ . . . 162
1.3. Подключение системы литографии к РЭМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
2. Материалы и подготовка к обработке . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
2.1. Подложки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
2.2. Резисты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
2.3. Нанесение резиста центрифугированием . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
3. Генератор шаблонов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
3.1. Методические указания по проектированию шаблона . . . . . . . . . . . 178
4. Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
Стр.13
Оглавление
13
3.2. Конфигурация системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
4. 3.3. Настройка микроскопа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
Обработка экспонированного шаблона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
4.1. Проявление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
4.2. Нанесение резиста и взрывная технология . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
4.3. Травление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
5.4.4. Контроль шаблона и общие ошибки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187Применение электронно-лучевой нанолитографии в нанотехнологиии 190
5.1. Нанотранзисторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
5.2. Нанодатчики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
5.3. Магнитные наноприборы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
6. 5.4. Биологические применения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
Глава 6. Просвечивающая растровая электронная микроскопия
1. для исследования наноструктур . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
2. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
в просвечивающем растровом электронном микроскопе . . . . . . . . . . . . . 203
2.1. Формирование электронного зонда . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
3. 2.2. Контраст изображения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
Получение изображений
4. Получение спектральных изображений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
5. Получение трехмерных изображений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
Последние прикладные исследования в области наноструктур . . . . . . . . 234
5.1. Нанотрубки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
5.2. Нанокатализ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
5.3. Стабилизация подложек лантаном . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
5.4. Полупроводниковые нанокристаллы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
5.5. Магнитные наночастицы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
5.6. Наностержни из ZnO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
5.7. Наноразмерное разделение фаз в сложных оксидах . . . . . . . . . . . . . . 243
6. Перспективы развития ПРЭМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
Глава 7. Введение в наноманипулирование in situ
1. для конструирования наноматериалов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
2. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
Электронно-лучевой нагар в РЭМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
2.1. Предотвращение появления загрязнений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
3. 2.2. Удаление загрязнений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
Типы наноманипуляторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
4. 3.1. Лабораторные конструкции наноманипуляторов . . . . . . . . . . . . . . . . 257
Рабочие органы манипуляторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
4.1. Зонды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
4.2. Зонды-кантилеверы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
5. 4.3. Микроэлектромеханические захваты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
Применение наноманипуляторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
5.1. Нанопозиционирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
5.2. Механическое зондирование наноструктур . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
Стр.14
14
Оглавление
5.3. Электрические игольчатые зонды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
5.5. Извлечение тонкого среза полупроводниковой структуры . . . . . . . . 281
5.6. Манипуляция in situ
5.4. Применение наноманипуляторов в электрических зондовых
измерениях интегральных микросхем. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
в просвечивающем электронном микроскопе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
5. Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
Глава 8. Применение фокусированного ионного пучка
1. и двухлучевых систем DualBeam для изготовления наноструктур . . . . . . . . 288
2. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
3. Генераторы шаблонов, встроенные в приборы ФИП . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
Травление с помощью ФИП либо ХГФО пленок
4. по двумерным шаблонам с программируемой дозой . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
Нанесение рисунка электронным лучом
5. с помощью встроенных генераторов шаблонов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
6. Автоматизация наноразмерного управления пучком . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
7. Непосредственное изготовление наноразмерных структур . . . . . . . . . . . . 299
Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
Глава 9. Нанопроволоки и углеродные нанотрубки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
2. Нанопроволоки из полупроводниковых соединений III–V . . . . . . . . . . . 302
3. Нанопроволоки из полупроводниковых соединений групп II–VI . . . . . . 315
4. Одноэлементные нанопроволоки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
5. Углеродные нанотрубки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
5.1. Многостенные углеродные нанотрубки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
5.2. Одностенные углеродные нанотрубки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
6. 5.3. Прецизионное отрезание углеродных нанотрубок . . . . . . . . . . . . . . . 341
Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
Глава 10. Фотонные кристаллы и устройства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
1.1. Фотонные кристаллы: что это такое? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
1.2. Физическое объяснение происхождения запрещенной зоны
в фотонных кристаллах [5] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348
2. 1.3. Обзор применений фотонных кристаллов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
Растровая электронная микроскопия фотонных кристаллов . . . . . . . . . . 355
2.1. 2D фотонные кристаллы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355
3. 2.2. Трехмерные фотонные кристаллы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360
Создание фотонных кристаллов с помощью РЭM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
3.1. Микроманипуляции в РЭM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
4. 3.2. Фотонные кристаллы, полученные путем микроманипуляции . . . . 367
Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370
Глава 11. Наночастицы и коллоидные самосборки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373
1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373
2. Металлические наночастицы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374
3. Мезо- и нанопористые металлические наноструктуры . . . . . . . . . . . . . . . 389
Стр.15
Оглавление
15
4. Нанокристаллические оксиды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397
4.1. Нанокристаллические оксиды для оптических применений . . . . . . . 397
4.2. Нанокристаллические магнитные оксиды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410
5. Наноструктурные полупроводники и термоэлектрические материалы . 416
6. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423
Глава 12. Наноблоки, изготовленные посредством темплатов . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
2. Материалы и методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
2.1. Производство пористых мембран . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
2.2. Синтез 3D коллоидных кристаллов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430
2.3. Электрохимическое осаждение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
2.4. Наблюдения с РЭМ и ПЭМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432
3. Наноблоки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432
3.1. Нанонити из пористых темплатов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432
3.2. Нанотрубки на основе темплатов,
модифицированных клеевыми волокнами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433
3.3. Нанопроволоки со структурированными концами
из темплатов с модифицированными нанотрубками . . . . . . . . . . . . . 435
3.4. Нити из коллоидных кристаллов и пористые волокна
из прямых сборок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437
3.5. 1D, 2D, 3D инверсные коллоидные кристаллы
из трехмерных коллоидных кристаллов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445
3.6. Получение 3D металлических сферических коллоидных
кристаллов на основе инверсных коллоидных кристаллов . . . . . . . . 450
4. Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453
Глава 13. Одномерные полупроводниковые структуры
с кристаллической решеткой типа вюрцита . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 456
1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 456
1. Синтез и изготовление одномерных наноструктур . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
2.1. Метод газофазного осаждения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
2.2. Методы химического синтеза из растворов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461
2.3. Совместные методы синтеза, включающие технику литографии . . . 461
3. Одномерные наноструктуры на основе оксидов металлов . . . . . . . . . . . . 463
3.1. Оксидные нанопроволоки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463
3.2. Оксидные нанотрубки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465
3.3. Оксидные наноленты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472
3.4. Иерархическая наноструктура оксида . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485
4. Механизмы роста . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495
4.1. Каталитические процессы роста «пар-жидкость-кристалл» . . . . . . . 495
4.2. Самокаталитический механизм роста . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501
5. Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503
Глава 14. Бионаноматериалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508
1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508
2. Нановолокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 510
2.1. Нановолокна, полученные методом разделения фаз . . . . . . . . . . . . . 510
Стр.16
16
Оглавление
2.2. Трехмерные нановолокнистые макропористые каркасы . . . . . . . . . . 521
2.3. Получение нановолокон посредством электропрядения . . . . . . . . . . 524
3. Наночастицы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 526
3.1. Применение нанокомпозитных каркасов
из полимера/гидроксиапатита в инженерии костных тканей . . . . . . 526
3.2. Наночастицы/наносферы
для доставки биологически активных агентов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534
4. Модификация поверхности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 538
4.1. Методы модификации поверхности,
применяемые в инженерии тканей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 538
4.2. Нанесение желатина
Глава 15. Низкотемпературные стадии в наноструктурных исследованиях . . . . . . . . 549
1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 549
2. Термины, используемые в крио-ВРРЭМ водных систем . . . . . . . . . . . . . 550
3. Жидкая вода, лед и витрифицированная вода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552
4. История развития низкотемпературной РЭМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 554
5. Аппаратура и методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 556
5.1. Внутрилинзовый крио-ВРРЭМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 556
5.2. Окололинзовый крио-ВРРЭМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 559
5.3. Специальные приемы установки криообразца,
используемые при низкотемпературной растровой микроскопии . . 560Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 572
Предметный указатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574
на поверхность нановолокнистых PLLA каркасов . . . . . . . . . . . . . . . 540
5. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 546Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 546
Стр.17