Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Нанометрология (nanometrology)

Ключевые слова:  наноазбука, периодика

Автор(ы): Наноазбука (первая версия)

Опубликовал(а):  Гудилин Евгений Алексеевич

18 декабря 2008

“Мерка дело красит”

Поговорка

Любой человек в повседневной жизни встречается с необходимостью измерения. Чтобы приготовить вкусный обед, нужно смешать ингредиенты строго по рецепту, а чтобы расплатиться за потраченную электроэнергию или объём скопированной информации, необходимо знать их количество. Любая покупка в магазине, например, одежды подразумевает, что Вы знаете ее размер, мяса – его массу, сока – его объем, и платите вы соответственно. Часто человек даже не задумывается, что все эти измерения производятся с помощью устройств, которые созданы трудом ученых, занимающихся метрологией. Итак, метрология (от греч. métron - мера и lógos - учение) наука о том, с помощью каких методов и какими средствами надо проводить различные измерения, чтобы обеспечить их единство и добиться требуемой точности.

С древних времен человечество пытается принять однозначную систему «единиц измерения». Этим вопросом занимались правители и ученые в Древнем Китае, Греции, Персии, Риме, Англии, Феодальной Европе и на Руси. В то время эталоны единиц измерения были нехитрые: размеры органов тела королей, любимых музыкальных инструментов императоров и пр. Развитие науки, торговли и мореплавания требовало постоянных пересчетов одних мер в другие, только в Европе в XVII в. использовалось около 100 различных фунтов и 50 различных миль. Привести к порядку единицы измерения первыми решились французы. В 1791 г. Национальное собрание Франции приняло решение повсеместно перейти на метрическую систему, базирующуюся на метре и грамме, причем метр определили как одну десятимиллионную долю участка земного меридиана от Северного полюса до экватора. С помощью имевшихся на тот момент астрономических и механических приспособлений первый эталон метра (“метр архива”) был изготовлен французским мастером Ленуаром в виде платиновой линейки шириной около 25 мм, толщиной около 4 мм. В 1872 г. Международная метрическая комиссия решила отказаться от «естественного» (привязанного к длине меридиана) эталона длины и приняла «метр архива» в качестве исходной меры длины. По нему изготовили и распространили между странами 31 эталон в виде бруса специальной формы из сплава Pt (90%)-Ir (10%). Долгое время эти эталоны обеспечивали определение метра с ошибкой ~ 0,2 мкм и удовлетворяли нуждам науки и техники. Новое определение метра приняли лишь в1960 г., приравняв его к 1650763,73 длины волны излучения атома криптона в вакууме. Старые, “архивные метры” стали экспонатами музеев, а новое определение метра позволило уменьшить ошибку при измерении метра с 0,2 мкм до 30 нм.

В России международные стандарты начал внедрять Д.И. Менделеев, который в 1893 г. основал и возглавил Главную палату мер и весов, в дальнейшем преобразованную во Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии и стандартизации его имени (ВНИИМС). Этим институтом разрабатываются специальные документы - ГОСТ’ы, призванные регламентировать все методики измерения, технологии производства и свойства измерительных инструментов. С 1960 г. в России было принято решение о создании ГОСТ’ов только в соответствии с системой СИ, в которой основными единицами измерения являются метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, кандела и моль. Однако в повседневной жизни оказывается удобнее производить измерения в несистемных единицах – объём измерять в литрах, а не кубических метрах, а температуру в градусах Цельсия, а не Кельвина.

С метрологическими инструментами мы регулярно сталкиваемся в повседневной жизни – это линейки, угольники, весы, электро-, тепло- и газовые счетчики. А методиками, мы пользуемся, например, при покупке приправ, зелени и других легковесных продуктов. Так, полезно знать, что обычные весы в магазине могут измерять вес с точностью до 5 г., если масса продукта превышает 100 г. Поэтому нельзя взвешивать на весах продукты меньшей массы, а чтобы измеренная масса совпадала с показанием «контрольных весов» надо все весы устанавливать согласно определенным правилам.

Каждой единице измерения соответствует свой эталон, для каждого случая создается свой измерительный элемент. Согласитесь, что никому и в голову не придет измерять ткань в магазине микрометром. Для этого подойдет деревянная метровая линейка с точностью в 1 см. А вот для измерения диаметра подшипника придется воспользоваться специальным инструментом – штангенциркулем с ценой деления 0,05 мм. А как же быть, если нужно определить размеры, скажем «углеродной нанотрубки», длина которой несколько микрон, а толщина не превышает десятка нанометров? Ее увидеть-то не просто, не то что измерить. Обычной линейкой тут не обойдешься. Так в метрологии появился новый раздел, который получил название «нанометрологии», изучающей способы передачи принятых единиц измерения от эталона к объектам, линейные размеры которых лежат в интервале 0,1 – 100 нм. В 1997 г. Консультативный комитет по длине рекомендовал принять за новый эталон измерения длины излучение стабилизированного He-Ne/J2 лазера λ=632,99139822 нм. Такой эталон позволяет определить метр с ошибкой, не превышающей 0,02 нм, т.е. с точностью до одного атомного слоя.

Однако механически изготовленные приборы не позволяют измерять длину наноотрезков. Это делают с помощью сложных приборов – электронных и атомно-силовых микроскопов, однако для их применения нужно провести калибровку, то есть создать специальные «нанолинейки». Создавать «нанолинейки» с использованием интерферометров начали в начале 90-х годов прошлого века. Современный интерферометр позволяет измерять перемещение тел с точностью до долей диаметра атома, это достигается детектированием изменения картин интерференции 3-х световых потоков, от одного источника лазерного излучения. Пожалуй, наибольшего успеха в области создания «нанолинеек» добились исследователи Массачусетского технологического института, которые методом растровой интерференционной литографии на пластине с фоторезитом диаметром 300 мм нанесли периодические насечки, создав, таким образом, своеобразную линейку с ошибкой измерения длины в 1,1 нм. Не отстает от мирового прогресса и Россия, где производятся аналогичные «линейки» для измерения длин наноотрезков с ошибкой от 0,5 до 3 нм. Поддалась измерению и масса наночастиц: с развитием масс-спектроскопии оказалось возможным зарегистрировать массы отдельных нанокластеров и макромолекул. На сегодня уже разработаны ГОСТ’ы и технические условия, которым должны соответствовать коммерческие наноматериалы.

Литература

П.А Тодуа, Метрология в нанотехнологии, журнал Российские нанотехнологии, 2007, Том 2, № 1-2, стр. 61-69.


В статье использованы материалы: Нанометр


Средний балл: 7.8 (голосов 4)

 


Комментарии
Владимир Владимирович, 18 декабря 2008 13:09 
Последний параграф: фоторезиСтом.
Все статьи НаноАзбуки очень интересны , эта - лишь чуточку менее... в ней, на мой субъективный взгляд, не так много "как".
Чернышов Иван Юрьевич, 04 января 2009 19:38 
Подождите! Так ведь метр по определению - это одна 299 792 458-ая расстояния, проходимого светом за секунду... Разве нет?
Владимир Владимирович, 04 января 2009 19:55 
Нет Скорость света трудно измерить так точно, чтобы она могла являться эталоном.
Ой, что-то много неправильных запятых в тексте...
очень интересно, особенно понравилась точность проводимых измерений
к вопросу о длине волны HeNe-лазера: пожалуйста не путайте определение метра в системе СИ и эталон, т.е. физический носитель величины

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Жираф дека-дент
Жираф дека-дент

Дистанционный лекторий ФНМ МГУ
Опубликованы приглашения на 4 интересные лекции онлайн лектория проекта дистанционного образования факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова на ближайшую неделю.

Евгений Кац: Перовскит, загадка названия и история открытия
28 мая 2020 г. в 18:00 мск. в рамках развития дистанционного образования ФНМ МГУ имени М.В.Ломоносова состоялась онлайн лекция известного ученого, профессора Евгения Каца (Ben-Gurion University of the Negev) "Перовскит, загадка названия и история открытия", который известен не только своими выдающимися научными достижениями в области химии твердого тела, углеродных наноматериалов, перовскитной фотовольтаики, но и большим вкладом в популяризацию науки.

М.Гретцель "The stunning rise of perovskite solar cells"
28 мая 2020 г. в 19:00 мск. в рамках развития дистанционного образования ФНМ МГУ имени М.В.Ломоносова состоялась онлайн лекция всемирно известного ученого, профессора М.Гретцеля (Федеральная политехническая школа Лозанны) "The stunning rise of perovskite solar cells".

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2020 году
коллектив авторов
2 - 5 июня пройдут защиты магистерских диссертаций выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Академия – университетам: химия и науки о материалах в эпоху пандемии
Гудилин Е.А., Горбунова Ю.Г., Калмыков С.Н.
Отделение химии и наук о материалах РАН, а также химический факультет и факультет наук о материалах МГУ инициируют реализацию открытого образовательного проекта «Академия – университетам: химия и науки о материалах в эпоху пандемии». В рамках проекта ведущие ученые, члены Российской и международных Академий, видные представители вузовской науки прочитают тематические образовательные лекции по химии, науках о материалах, современным подходам в биологии и медицине. Видеозаписи лекций будут размещены в открытом доступе и могут быть использованы ВУЗами в основной и дополнительной образовательных программах, а также для самоподготовки и мотивации студентов и аспирантов на будущие научные достижения.

2019-nCoV: очередной коронованный убийца?
Анна Петренко
В статье рассказывается о коронавирусе 2019-nCoV — что мы знаем сегодня. А ведущие международные научные издательства предоставляют бесплатный доступ к новым статьям, посвященных изучению коронавируса

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.