Модульная унифицированная малобюджетная учебно-научная лаборатория нанотехнологии и нанодиагностики Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 504.7

A. В. Афанасьев, канд. техн. наук,

B. А. Ильин, канд. физ.-мат. наук,

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»

Модульная унифицированная малобюджетная учебно-научная лаборатория нанотехнологии и нанодиагностики

Ключевые слова: научно-образовательный процесс, нанотехнология, нанодиагностика, технологическое оборудование, аналитические методы, методическое обеспечение, наноиндустрия.

Key words: educational process, nanotechnology, nanodiagnostics, small-sized equipment, analytical methods, methodical support, nanoindustry.

Разработана концепция малобюджетного учебно-научного комплекса как важного элемента инфраструктурного базиса образовательного процесса для подготовки специалистов в области наноиндустрии. В состав реализованного комплекса входят две учебно-научные лаборатории — «Нанотехнология» и «Нанодиагностика», включающие двенадцать малогабаритных лабораторных технологических и аналитических установок с соответствующим методическим и программным обеспечением, что создает предпосылки к реализации научно-образовательного процесса в целой совокупности направлений, ориентированных на формирование нанотехнологической культуры.

Для реализации программ подготовки, повышения квалификации и переподготовки кадров в интересах наноиндустрии в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете был разработан и сформирован малобюджетный учебно-лабораторный комплекс (рис. 1), характеризующийся [1]:

• широтой охвата научно-образовательных направлений;

• гибкостью в отношении востребованности номенклатуры малогабаритного технологического и контрольно-диагностического оборудования;

• доступностью приобретения оборудования, простотой его размещения, эксплуатации и ремонта;

• наличием методического обеспечения для быстрой адаптации используемых технических средств к образовательному процессу.

Основной особенностью комплекса является интеграция в структуре лаборатории базовых современных нанотехнологий и высоколокальных мето-

дов анализа и диагностики продуктов этих технологий — наноразмерных материалов и структур с пониженной размерностью для приборов различного функционального назначения. При этом методы диагностики обладают не только высоким пространственным разрешением, но также имеют высокий уровень «физической селективности», как, например, метод электронного парамагнитного резонанса.

В состав учебно-научной лаборатории входят двенадцать малогабаритных лабораторных установок с методическим и программным обеспечением, распределенных по двум учебно-научным секторам — нанотехнологии и нанодиагностики.

Сектор нанотехнологии включает:

• установку молекулярной химической сборки (рис. 2) для молекулярного послойного (без заро-дышеобразования) нанесения наноразмерных пленок оксидов алюминия и тяжелых металлов (гафний, цирконий) на полупроводниковые, металлические и диэлектрические подложки;

• установку синтеза углеродных нанотрубок (УНТ) (рис. 3) из газовой фазы для получения на подложках методом химического газофазного осаждения массивов вертикально ориентированных УНТ при каталитическом пиролизе углеводородов;

• установку нанесения органических нанослоев методом Ленгмюра—Блоджетт (рис. 4) для молеку-лярно-послойного нанесения наноразмерных пленок органических веществ и их композиций прецизионным погружением подложек в жидкую фазу;

• установку «золь-гель» синтеза наноструктуриро-ванных оксидов (рис. 5) для формирования тонких стеклообразных пленок центрифугированием пленкообразующих золей с последующей термообработкой;

• установку электрохимического формирования нанопористых материалов (рис. 6) для создания нано-, микро- и мезопористых слоев полупроводников и диэлектриков контролируемой толщины и

Рис. 1 \ Структура учебно-лабораторного комплекса

биотехносфера

| № 1-2(13-14) '

Рис. 3 | Установка синтеза углеродных нанотрубок

Рис. 4\ Установка нанесения органических нанослоев методом Ленгмюра—Блоджетт

Рис. 51 Установка «золь-гель» синтеза наноструктурированных оксидов

степени пористости электрохимическим травлением полупроводниковых и металлических материалов;

• установку амплификации ДНК (рис. 7) для продуцирования (увеличения концентрации) определенных фрагментов ДНК методом полимеразной цепной реакции, инициируемой термоциклированием.

Сектор нанодиагностики включает:

• оптический микроскоп с цифровой регистрацией и электрической зондовой системой (рис. 8) для оптического наблюдения и электрического тестирования объектов с помощью зондов с микро- и наноразмерным позиционированием ;

• сканирующий зондовый микроскоп (рис. 9) для морфолого-топологического анализа микро- и наноразмерных объектов неорганической и органической природы с атомным пространственным разрешением для измерения поверхностного потенциала и электрофизических параметров нанообъек-тов, а также туннельных эффектов в твердых телах;

• малогабаритный растровый электронный микроскоп (рис. 10) для морфолого-топологического анализа поверхности твердого тела с микро- и наноразмерным пространственным разрешением;

• малогабаритный 3-сантиметровый спектрометр электронного парамагнитного резонанса (рис. 11)

Рис. 7 | Установка амплификации ДНК

I № 1-2(13-14)

биотехносфера

Рис. 8

для определения состава и свойств микро- и наноразмерных объектов, обладающих парамагнитными и ферромагнитными свойствами;

• малогабаритный эллипсометр (рис. 12) для локального определения толщины, показателя преломления и поглощения микро- и наноразмерных слоев и многослойных гетерогенных композиций;

• установку капиллярного электрофореза (рис. 13) для исследований состава жидких биоорганических композиций и электрофоретической подвижности наночастиц;

Технические характеристики технологического и аналитического оборудования, входящего в состав учебно-научной лаборатории, соответствуют уровню серийно выпускаемого оборудования ведущих фирм-производителей, а разработанные мето-

Оптический микроскоп с цифровой регистрацией и электрической зондовой системой

Рис. Р | Сканирующий зондовый микроскоп

Рис. 11 | Малогабаритный ЭПР спектрометр

дики универсальны и адаптивны при реализации на оборудовании данного класса и назначения.

Разработчик комплекса — Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» (СПбГЭТУ), научно-образовательный центр по направлению «Нанотехнологии».

| Л и т е р а т у р а |

1. Афанасьев А. В., Лучинин В. В. Учебно-лабораторный комплекс для нанотехнологической образовательной сети // Наноиндустрия. 2010. № 3 (21). С. 38-41.

биотехносфера

| № 1-2(13-14)/2011